外源有机碳输入是影响农田土壤有机碳动态变化的重要因素之一，在提升土壤有机质水平的同时，能够为土壤食物网提供大量碳源。土壤食物网作为土壤生态过程重要的参与者之一，通过取食作用能够调控微生物的群落结构，进而影响土壤有机碳的周转过程。迄今，有关秸秆还田后土壤有机碳周转的生物调控研究多偏重于微生物群落，而土壤微生物碳泵（Microbial Carbon Pump, MCP）理论认为微生物残体是土壤稳定有机碳库的重要贡献者，然而有关土壤食物网在调控土壤有机碳周转过程中的作用鲜有报道，营养级间的级联效应被低估甚至忽略。此外，土壤食物网如何调控微生物碳泵进而影响有机碳周转过程也尚未厘清，土壤生物学固碳调节机制亟需完善（图1）。
为探讨外源有机碳输入后土壤食物网对有机碳固存的生物调节机制，尊龙凯时人生就是搏z6com沈阳应用生态研究所土壤生态组团队与生态系统微生物学团队合作，依托“尊龙凯时人生就是搏z6com保护性耕作研发基地”的免耕长期定位试验研究平台，通过碳稳定同位素示踪室内培养实验，重点研究了外源有机碳在土壤食物网内流动、转化与固定的生物学途径，探究了土壤食物网内能量流动的“来龙去脉”，解析了生物调控作用下外源有机碳转化为土壤有机碳的关键过程。研究结果表明，外源有机碳输入后，土壤食物网能够促进土壤有机碳库的“更新”过程，土壤生物在土壤有机碳循环的过程中既是驱动者也是贡献者。其中，32%的外源有机碳以微生物残体的形式作为“新碳”更新了土壤有机碳库，且通过分析矿质结合有机碳和颗粒有机碳的比值，证明了土壤食物网驱动的“更新效应（Renewal effect）”促进了土壤有机碳的稳定。此外，研究发现土壤食物网中的上层营养级只是通过对微生物的捕食作用将外源碳固定到体内，作为新碳的“临时存储器（Temporary storage container）”，依靠“个体死亡—微生物的分解和代谢—微生物残体形成”的过程，对有机碳的更新做出贡献。综上，在土壤食物网对外源有机碳周转的贡献中，微生物的分解和代谢合成是新碳的“生产泵（Production pump）”，食物网间的级联效应是外源有机碳流动的“驱动泵（Driving pump）”，微生物残体的形成和续埋作用是新碳的“累积泵（Formation pump）”（图2），这些过程的发生实现了外源有机碳从不稳定生物碳库到稳定生物碳库的转换，是提升土壤有机碳稳定性的重要生物调节机制。
研究成果以“Exogenous carbon turnover within the soil food web strengthens soil carbon sequestration through microbial necromass accumulation”为题，于2023年4月28日在线发表于Global Change Biology期刊上，土壤生态组已毕业博士研究生寇新昌为第一作者，土壤生态组张晓珂研究员和李琪研究员为共同通讯作者，荷兰阿姆斯特丹大学Elly Morrien博士, 沈阳应用生态研究所梁超研究员，梁文举研究员，鲁彩艳研究员，解宏图研究员和田艺佳博士也参与了该项工作。该研究得到国家重点研发计划、尊龙凯时人生就是搏z6com战略性先导科技专项、国家自然科学基金项目、中科院卢嘉锡国际团队项目以及尊龙凯时人生就是搏z6com自主重大项目等项目的资助。
图1. 土壤食物网对土壤有机碳库更新调控过程的概念图
图2. 外源有机碳输入后土壤食物网对有机碳固存的生物调控过程
