论文标题：Dependence of cumulative CO₂ emission and microbial diversity on the wetting intensity in drying-rewetting cycles in agriculture soil on the Loess Plateau（黄土高原农业土壤的累积CO2排放和微生物多样性取决于干湿循环的润湿强度）

期刊：Soil Ecology Letters

作者：Panpan Jiao, Lei Yang, Xiaodong Nie, Zhongwu Li, Lin Liu, Peng Zheng

发表时间：02 Jun 2023

DOI：10.1007/s42832-022-0147-1

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本研究选取黄土高原典型农业土壤（塿土）为研究对象，开展室内培养模拟实验，研究土壤微生物群落和碳矿化对干湿交替不同湿润强度(5%−25%和5%−36%)和循环次数(1至4次)的响应模式。研究结果表明，干湿循环降低了细菌的丰富度和多样性，湿润强度越高引起的呼吸脉冲越大。干湿循环过程中，再润湿后引起呼吸的脉冲不能充分补偿干燥期的低呼吸速率，使得CO₂的净排放量降低。

文章简介

土壤水分对微生物群落性质及生物活动至关重要，气候变化导致的干旱-再湿润过程，可能会对干旱和半干旱地区土壤微生物特性和微生物介导的土壤碳循环产生较大影响。土壤中含有大量碳储量，可能在微生物群落和大气环境之间进行相互反馈，但不同强度的干旱-再湿润过程对微生物特性和呼吸行为的影响仍尚不清楚。

本研究选取黄土高原典型农业土壤（塿土）为研究对象，开展室内培养模拟实验，研究土壤微生物群落和碳矿化对干湿交替不同湿润强度(5%−25%和 5%−36%)和循环次数(1至4次)的响应模式，以5%、25%和36%的恒定水分条件作为对照。结果表明，5%−36%干湿循环处理下的细菌多样性和丰富度降低幅度大于5%−25%处理，但是真菌在不同润湿强度下的多样性和丰富度相似。细菌群落的聚类主要受湿润强度的影响，不受循环次数的影响，而真菌群落皆不受循环次数和湿润强度的影响。细菌共现网络的相互作用较复杂，4个循环后的网络节点数、边数、平均度、直径和平均聚类系数较高，而真菌在经历1个循环后共现网络的相互作用比经历四个循环后更复杂。复湿引起明显的呼吸速率脉冲，且复湿强度越大，脉冲强度越大，脉冲强度随着循环次数的增加而减小。干湿交替处理的CO₂累积排放量低于恒定湿润条件，5%−36%干湿循环处理的净减排量是5%−25%处理的1.18倍。干湿交替引起呼吸的脉冲不能充分补偿干燥期的低呼吸速率，使得CO₂的净排放量降低。本研究为黄土高原农业系统土壤碳库维持提供了理论依据。

摘要

Altered drying-rewetting (DRW) procedures due to climate change may influence soil microbial properties and microbially-mediated carbon cycling in arid and semi-arid regions. However, the effects of DRW of different intensities on the microbial properties and respiration are not well understood. Thus, the responsive patterns of microbial communities and carbon mineralization in agriculture soil on the Chinese Loess Plateau to DRW treatments with different wetting intensities (5%−25% and 5%−36%) and frequency (1-cycle to 4-cycle) were investigated. Continuous moisture levels of 5%, 25% and 36% were used as control. Results revealed that the reduction of bacterial diversity and richness were greater for 5%−36% than 5%−25% treatment, while diversity of fungi was similar for different wetting intensities. Bacterial communities became clustered by wetting intensity rather than cycle number, however fungal community was unaffected by DRW. The complexity of bacterial co-occurrence network increased because of higher nodes, edges, average degree, diameter and average cluster coefficient after 4-cycles, and the interaction was more complex after 1-cycle for fungi. Rewetting caused a pulse-like increase of respiration rate, and the pulse amplitude was greater for DRW with high rewetting intensity and decreased with the increase of cycle number. The cumulative CO2 emission for DRW treatments was lower than that for the continuous moisture conditions. The net reduction of carbon release for 5%−36% treatment was 1.18 times higher than that for 5%−25% treatment. Our study provides experimental evidence of the positive potential of DRW processes for maintaining soil carbon stock in an agriculture system on the Loess Plateau.

作者及团队介绍

焦盼盼（第一作者），中国科学院水土保持与生态环境研究中心2019级博士研究生，研究方向为土壤侵蚀与碳循环。

聂小东（通讯作者），湖南师范大学地理科学学院副教授，主要从事生源要素循环及其生态环境效应研究。

李忠武（通讯作者），中国科学院水土保持与生态环境研究中心研究员；湖南师范大学地理科学学院教授。主要从事土壤侵蚀与碳循环、全球气候变化、土壤重金属污染防治等方面的教学科研工作。

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期刊简介

Soil Ecology Letters(SEL) 由高等教育出版社与中国科学院城市环境研究所共同主办，SpringerNature海外发行。报道领域包括：土壤生物多样性、土壤互营和食物网、土壤微生物组、土壤—植物相互作用、土壤生物地球化学循环、土壤生物修复和恢复、土壤多功能性、土壤生物对环境变化的响应和适应、土壤生态过程的突破性技术、新理论和模型。栏目包括但不限于：letter to editor, perspective, review, rapid report, research article, commentary, SEL digest。

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