森林土壤微生物残体的氮素周转及其对土壤有机氮贡献研究

Soil microorganisms play a critical role in controlling soil nitrogen (N) cycling, including soil N inputs, N turnover and N outputs in forest ecosystems. Under the context of global change, changes of microbial necromass N turnover may have an important impact on the soil nitrogen storage and consumption. However, little attention has been paid to the fate of microbial N and the contribution of necromass N to soil organic N pool after the death of soil microorganisms. Therefore, we propose this project to explore turnover and sequestration of the soil necromass N in a broad-leaved Korean pine mixed forest at Changbai Mountain. The following key questions will be answered: How important is microbial necromass N to soil organic N? Whether different microbial species influence the decomposition of necromass N differently? and How does soil temperature affect the decomposition of necromass N? Microbial cells will be isolated from soil and grown in nutrient medium with 15N isotope. After harvesting, these cells will be incubated under different temperatures. We will trace the 15N signal in the necromass in different soil nitrogen pools, and quantify the contribution of microbial N to soil N. This project will reveal the fate of microbial N in soil and explore the influences of microbial species and temperature on the decomposition of microbial necromass N. We expect to thoroughly understand the turnover of both soil microbial biomass and necromass and increase our ability to predict soil N cycling under global changes upon the completion of the proposed project.

微生物在调控森林土壤氮素的转化及输出过程中发挥着重要的作用，在全球变化的背景下，微生物残体氮素周转速率的改变可能会影响到森林土壤氮库源汇的转变。然而，目前对于微生物死亡后其残体氮素的去向及其对土壤氮库贡献的研究还很少见。本项目拟以我国长白山阔叶红松林土壤为研究对象，探讨土壤微生物死亡后残体氮素的存留与转换过程，拟解决的关键科学问题包括：微生物残体是否是土壤有机氮的重要来源？不同微生物种类是否对残体分解产生不同影响？温度变化是否影响微生物残体氮的分解速率？围绕这些问题，本项目采用氮同位素标记微生物的方法，在室内培养的条件下追踪微生物同位素信号的去向，分析残体氮素转化到土壤有机氮的比例，探讨微生物残体氮素的去向，揭示微生物种类和环境温度对残体分解的影响。本项目的实施能够加深我们对微生物死亡后残体养分循环过程的认识，阐明微生物周转在土壤氮循环中的作用，进而用于预测森林土壤氮循环对全球变化的响应。

微生物在调控森林土壤氮循环过程中发挥着重要的作用，然而目前多数研究都集中在微生物控制的土壤氮素分解过程，而对微生物死亡后其残体氮素的去向及其对土壤氮库贡献的研究还很少见。本项目以我国长白山阔叶红松林土壤为研究对象，运用微生物培养与分离技术，结合稳定性同位素标记和示踪方法，采用野外原位和室内模拟等手段，分析了微生物死亡残留的分解动态，探讨了微生物死亡残留的分解速率和主要去向，揭示了微生物残体分解的主要影响因素。本项目的主要成果如下：1）建立了微生物残体同位素标记方法；2）野外原位分解结果显示微生物残体分解可以分为快速和慢速分解过程，经过800天分解微生物残体还剩余约30%；3）细菌和真菌残体分解速率没有显著差异，并且分解速率显著快于植物凋落物氮矿化速率；4）死亡残体分解过程释放的氮素主要被植物吸收利用；5）室内模拟实验发现增温加速了微生物残体氮素的分解速率，但同时也增加了活体微生物周转速率，致使与矿物结合的残体增加，促进土壤有机质的形成。本项目首次探讨了森林土壤中微生物死亡残留物中氮素的循环过程，阐明微生物周转在土壤氮循环中的作用，进而用于预测森林土壤氮循环对全球变化的响应。