【摘要】 Ni等人1对不同气候带的森林、草地和农田131个地点的土壤氨基糖进行了综合测量，以评估氨基糖在不同土壤深度(0-20、20-50、50-100和> 100 cm深度的凋落物层、O层土和矿质土)中的分布。

土壤有机质(SOM)保留的陆地碳(C)比植物和大气加起来还要多，因此是地球系统研究的一个主要焦点。尽管对SOM形成的研究已经进行了一个多世纪，但很少研究微生物对SOM形成的贡献，更多的关注是SOM在分解过程中如何从植物碎屑中产生。最近的证据表明，SOM的形成与化学抗性无关，大部分SOM直接来自生物量转换后的微生物坏死块。一些研究发现，尽管土壤微生物生物量仅占总有机碳的2%，但土壤微生物坏死团块可占土壤有机碳(SOC)的约50%甚至80% 。尽管对全球尺度上有机碳总储量的垂直分布和决定因素的理解最近有所增加，微生物衍生的SOM如何随土壤剖面变化仍未完全了解。

 

因此，Ni等人1对不同气候带的森林、草地和农田131个地点的土壤氨基糖进行了综合测量，以评估氨基糖在不同土壤深度(0-20、20-50、50-100和> 100 cm深度的凋落物层、O层土和矿质土)中的分布。在不同的纬度、年平均温度、土壤C/N、土壤pH和粘土含量梯度以及不同的团聚体粒度级上，分析了表层土壤(0 ~ 20 cm深度)中氨基糖相对于土壤质量的浓度(mg/g soil)和氨基糖相对于土壤有机碳浓度的比例(mg/g C)。研究的目的是:1)量化土壤剖面中氨基糖的垂直分布;2)评估表层土壤中氨基糖浓度与土壤地球化学变量之间的相关性。

 

数据集共收录了110篇文章和1282项观测结果，报道了131个站点0-20、20-50、50-100和> 100 cm深度的凋落物层、O层土和矿质土中氨基糖的浓度和有机碳中氨基糖的比例(图1)。其中，991个观测值报道了块状土壤中氨基糖的浓度和占比，291个观测值报道了不同粒径团聚体中氨基糖的浓度和占比，研究将其分类为<2、2 - 250、250-2000和> 2000 μm。北纬28.12°S ~ 59.49°N，北纬7.7°C ~ 28.3°C，土壤碳氮比3.70 ~ 58.0，土壤粘粒含量2.0% ~ 90.6%。氨基糖浓度急剧下降随着土壤深度的增加(图2a和b)，与土壤有机C和MBC的垂直分布一致。0层土壤中氨基糖的浓度为5.90 mg/g，在0-20、20-50、50-100和> 100 cm深度分别降至1.56、0.91、0.65和0.24 mg/g。

 

这些氨基糖的浓度大约是表层土壤PLFAs浓度的3 - 64倍。随着深度的增加，土壤有机碳浓度下降，有机碳中氨基糖的比例在0-20、20-50、50-100和> 100 cm深度分别从0层土壤的18.1 mg/g C显著增加到67.6、71.1、83.3和61.9 mg/g C(图2c)。

 

图1 全球分布的土壤氨基糖测量，从131个地点共获得1282项观察结果。

 

图2 氨基糖相对于土壤质量的浓度(a)在整个土壤剖面和(b)在不同土壤深度。(c)不同深度土壤有机碳(c)中氨基糖的比例。所有的数据都是基于散装土壤，而不是不同团聚体尺寸的土壤组分。

 

图3 在(a)超过10°纬度带和(b)不同年平均温度(MAT)值的地点(a)，氨基糖相对于土壤质量的浓度(红色)和氨基糖在土壤有机碳中的比例(C)(蓝色)。所有数据都来自表土，基于散装土壤，而不是不同团聚体大小的土壤组分。在南半球收集的数据被转换成北半球相应的纬度带。

 

表层土壤中氨基糖的浓度和有机碳中氨基糖的比例均随绝对纬度的增加而增加，低于10°N/S的区域比其他区域值低，尽管在10 ~ 20°N/S和40 ~ 50°N/S之间观测到最大值(图3a)。同样，氨基糖的浓度也随着MAT的增加而下降，从MAT <0°C地区的2.92 mg/g土壤到MAT >20°C地区的1.07 mg/g土壤(图3b)。表层土壤有机碳中氨基糖所占比例最低的地区同样出现在毡毡温度>20℃的地区，约为毡毡温度为10-15℃地区最高水平的一半。

 

天然林、草地和管理耕地土壤氨基糖浓度随土壤有机碳浓度的增加而显著增加，为微生物坏死块对土壤有机碳积累的决定作用提供了全球尺度的证据。表层土壤中氨基糖含量和氨基糖在有机碳中所占比例在深层土壤中显著高于表层土壤，占土壤有机碳的6.19 ~ 8.33%。各生态系统中，表层土壤微团聚体和富粘土壤中氨基糖含量和有机碳中氨基糖所占比例均较高。土壤微生物量C和pH对氨基糖的控制比对纬度和气候的控制更强。这些结果表明，土壤生物地球化学条件而不是纬度变化是土壤中微生物来源的SOM积累的主要决定因素。

 

1.Ni, X.;  Liao, S.;  Tan, S.;  Wang, D.;  Peng, Y.;  Yue, K.;  Wu, F.; Yang, Y., A quantitative assessment of amino sugars in soil profiles. Soil Biol. Biochem. 2020, 143, 107762.

 

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