中国土地利用类型和气候区表土微生物生物量碳库和微生物熵的变化

土壤微生物群是土壤健康的核心要素，土壤微生物数量及其活性变化能够反映人类活动的干扰，关乎地球环境可持续发展。土壤微生物生物量碳（Soil Microbial Biomass Carbon，MBC）库量为总体评估陆地生态系统生物活动与土壤健康的关系提供了数据库。与已有的全球尺度评估相比，不同土地利用方式和气候条件下土壤微生物量碳库和微生物熵的变化尚未开展中国国家尺度上的定量研究

2023年6月，Soil Science and Environment在线发表了南京农业大学农业资源与生态环境研究所团队题为Topsoil microbialbiomass carbon pool and the microbial quotient under distinct land-use typesacross China-A data synthesis（中国不同土地利用类型下表层土壤微生物生物量碳库与微生物熵—数据整合研究）的论文。

该研究检索了直至2022年年底发表的中文文献，提取了468组表土MBC、有机碳和微生物熵（MQ）等数据，包括了森林、草地、湿地和农田（图1）。构建了中国不同陆地生态系统类型的表土MBC库数据库，分别比较分析不同土地利用类型和不同气候条件下MBC和MQ变化。同时，研究了不同土壤因子和气候因子的变化规律，以确定不同土地利用类型和气候条件下MBC和MQ变化的主要驱动因素。通过数据综合建立了MBC和MQ值的预测统计模型，据此对国家尺度的土壤MBC库进行了定量预测。

图1 该研究检索的试验观测资料地点在我国的地理分布

研究发现，表土MBC含量以林地最高（470.8 mg kg-1）而旱地最低（179.9 mg kg-1）。不同的是，稻田的MQ（2.7%）高于其他土地利用类型（平均2.0%）（图2）。此外，中国表土MBC含量平均为323.2~384.3 mg kg-1, MQ为1.7~ 2.3%（95%CI）（图3）。根据土地利用类型的面积数据进行估算，可以预测中国表土MBC库总体为635.8 Tg C（614.4~657.1 Tg C, 95%CI）（图4），表土平均MQ为2.1%，显著高于报道的全球平均值1.2%。其中，MBC的变异主要与土地利用类型有关，而MQ变异性则受气候条件影响更大。土壤有机碳（SOC）和总氮（TN）对MBC产生强烈的正向影响，对MQ产生中度的负向影响。相反，降水对MBC有正向但中度的影响，温度对MQ有正向但中等的影响。在土地利用类型中，与森林和草地相比，尽管SOC和土壤C/N比较低，但水稻的MQ较高，表明活性生物碳库更高。综上，该研究建立了一个多变量统计模型，基于该模型预测，中国表土MBC库估算值介于614.4~657.1 Tg C，表土MBC库和MQ随土地利用类型的变化较大；土壤因子为MBC库土地利用变化的主要驱动因素，而气候因子对MQ的影响更大。

图2土壤微生物生物量碳随土地利用类型 (a)和气候条件(b)的变化
图3 土壤微生物熵随土地利用类型(a)和气候条件(b)的变化
图4 依据建立的统计模型对不同土地利用下表土微生物生物量碳库(Tg C)的预测, (a) MBC平均值算法和 (b), MQ平均值算法

该论文的第一作者为南京农业大学的刘成（在读博士研究生），浙大城市学院的徐向瑞博士和南京农业大学的潘根兴教授为论文的通讯作者。南京农业大学程琨副教授和在读硕士研究生田静及南京农业大学其他老师参与了该项研究工作。

执行主编寄语：

尽管全球尺度的土壤微生物生物量碳库的大数据评估早已有发表，中国国家尺度的土壤微生物生物量碳库没有定量的数据。该项研究通过检索2000 - 2022年间发表在中国期刊上论文，对收集得到的468组数据进行了数据整合分析，首次对中国土地利用类型和气候区的表土微生物生物量碳库和微生物熵库作出了定量评估，并判明微生物熵比微生物生物量碳库较为稳定，且微生物熵总体高于全球，而大田高于其他土地利用类型。研究结果不仅初步提出了国家尺度的表土微生物生物量碳库估计值，还为研究中国人为活动对生态系统生物过程的影响，特别是有机碳-微生物相关关系提供了有益的启示。

关于土壤科学与环境

Soil Science and Environment《土壤科学与环境》是一本国际、开放获取的英文学术期刊，主要发表服务于陆地生态系统和环境可持续管理的土壤与环境过程和功能相关的研究成果和进展，刊载的文章类型包括原创研究论文、综述、创新性方法和展望，以促进土壤科学和环境研究，并为全球可持续发展做出重要贡献。期刊由南京农业大学主办，Maximum Academic Press出版。期刊主编由中国工程院院士、南京农业大学教授沈其荣担任，执行主编由南京农业大学资源与环境科学学院潘根兴教授担任。

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