成土早期微生物碳需求对土壤有机磷矿化的驱动作用

During the early stage of soil development, mineralization of soil organic phosphorus (P; organic P, Po) mediated by microbes is a major source of bioavailable P, and it is necessary to decipher the driving effects of microbial carbon (C) demand for a better understanding of Po mineralization. In this proposed project, the 120-year-old Hailuogou chronosequence in Gongga Mountain is selected, and field soil surveys and laboratory soil incubation experiments will be conducted to investigate the driving effects of microbial C demand on soil Po mineralization. Soil enzyme analysis will be used to study the influence of microbial C demand on potential Po mineralization rate; microbial stoichiometry survey, nutrient addition experiment and oxygen isotope analysis of soil phosphate will be used to study the influence of microbial C demand on the fate of Po mineralization products; based on these data, the driving effects of microbial C demand on Po mineralization during the early stage of soil development will be illuminated. The proposed project will contribute to a better understanding of soil Po mineralization during the early stage of soil development, and will also help to link soil P transformation to plant succession and provide a theoretical basis for the efficient and stable vegetation restoration of bare lands.

微生物参与的土壤有机磷（P）矿化是成土早期生物有效态P的重要来源。阐明微生物碳（C）需求对土壤有机P矿化的驱动作用是理解成土早期土壤有机P矿化机理的关键。本项目拟选取贡嘎山海螺沟冰川退缩区土壤年代序列（约120年），开展野外土壤调查和室内土壤培养实验，研究微生物C需求对土壤有机P矿化的驱动作用。通过土壤酶活性分析，评估微生物C需求对土壤有机P潜在矿化速率的影响；通过土壤微生物化学计量比调查、养分添加实验和土壤磷酸根氧同位素测定，评估微生物C需求对土壤有机P矿化产物归趋的影响；最终阐明成土早期微生物C需求对土壤有机P矿化的驱动作用。研究结果有助于加深对成土早期土壤有机P矿化机理的理解，也为认识成土早期土壤P转化和植被演替的联系，实现裸地植被快速和稳定的恢复提供理论支持。

土壤有机磷（P）在成土早期即成为生物有效态P的重要来源，而其矿化机理尚不清楚。本研究基于海螺沟冰川退缩区原生演替序列，利用生态化学计量、稳定同位素等技术手段研究成土早期土壤有机P矿化的驱动机制。研究结果表明海螺沟冰川退缩区微生物的P养分状况相对碳（C）充足，而微生物在P充足的条件下仍表现出高于全球平均水平的有机P潜在矿化速率。土壤稳定同位素组成和有机质计量比显示微生物优先矿化含P有机质以获取C源，支持了微生物C需求驱动土壤有机P矿化的假设。对土壤P库和P循环通量的研究显示，微生物量P周转是土壤中含P有机质的重要来源。微生物量P周转过程中发生的有机P净矿化为植物生长提供了生物有效态P，可部分解释海螺沟冰川退缩区快速的植被演替。本研究进一步探讨了土壤有机P矿化的分子调控机质，发现海螺沟冰川退缩区碱性磷酸酶基因（phoD）丰度与碱性磷酸酶活性呈显著正相关，说明有机P的矿化受磷酸酶基因潜力的影响。下一步研究需进一步建立磷酸酶基因-磷酸酶活性的联系，解释野外条件下微生物生产磷酸酶的机制。此外，本研究结果表明演替初期植物P养分状况相对充足，而N为植物生长的主要限制因子。为进一步解释植被快速演替机制，本研究分析了成土早期生物固氮速率及其影响因子，并优化了土壤亮氨酸肽酶的测定方法。综上所述，本研究初步揭示了成土早期土壤有机P的矿化机理，并从土壤P和N供给的角度解释了海螺沟冰川退缩区发生快速植被演替的原因。研究结果有助于认识冰川退缩后土壤微生物参与的元素生物地球化学循环过程，也可为因冰川退缩和工程措施而不断增多的亚高山裸地实现快速而稳定的生态恢复提供支撑。