南京大学田兴军团队在土壤微生物的功能类群以及在中国土壤生态系统的分解潜力取得进展
南京大学田兴军团队在土壤微生物的功能类群以及在中国土壤生态系统的分解潜力取得进展
土壤微生物群落功能是由占据不同生态位的、高度多样化的微生物之间发生的复杂相互作用决定的。这些微生物相互作用对环境变化的反应敏感，并且往往在土壤"暗箱"中悄然发生，故极大地限制了我们对微生物功能的理解。南京大学田兴军团队在土壤微生物的功能类群以及在中国土壤生态系统的分解潜力取得重要进展。
研究成果一：土壤微生物功能类群的新分类框架
土壤微生物群落功能是由占据不同生态位的、高度多样化的微生物之间发生的复杂相互作用决定的。这些微生物相互作用对环境变化的反应敏感，并且往往在土壤"暗箱"中悄然发生，故极大地限制了我们对微生物功能的理解。本研究基于微生物的"分工合作"，提出一个新的微生物分类框架：矿工（Miners）、清道夫（Scavengers）和运输者（Carriers），以解开参与养分获取过程中复杂的微生物相互作用。
- 矿工，如腐生菌、固氮菌和溶磷菌以及外生菌根（ECM）真菌，首先通过水解、氧化和/或矿化分解生物不可利用的物质。
- 清道夫，如丛枝菌根（AM）真菌，可在宿主植物的帮助下高效利用释放出的养分，但其无法直接从有机物或矿物中获取养分。
- 丝状生长的运输者，如ECM、AM和腐生真菌，可将养分、甚至单细胞微生物运输到其他新的生境，以开拓养分获取区域。
三个微生物功能组相互作用，减轻了代谢负担，提高了底物利用效率，最终增加了土壤中（特别是根际）生物的养分获取。
图1 矿工、清道夫和运输者获取养分时的相互作用受土壤养分可利用性的调节
本研究强调基于微生物参与某一生态过程的主要"步骤"和"模块"，将其划分为较宽的功能类群，浓缩微生物的多样性，以深入理解微生物的互作。这种微生物功能组的分类是灵活的，其特定的微生物类群也并不局限于单一功能组，这对于应对土壤养分可利用性和土壤条件的变化是必要的。
本研究提出了一个研究微生物相互作用的三步工作流程，即将成对相互作用、合成微生物群落（Syncoms）以及网络分析等结合，从简单的实验室环境到复杂的野外环境，探究微生物互作过程、结果与机制。
总之，根据相互关联的生态过程将微生物群落分为矿工、清道夫和运输者，对于揭示微生物在养分获取过程中的相互作用及其真正发挥的生态功能是十分重要的。
该研究以"Microbial interactions for nutrient acquisition in soil: miners, scavengers, and carriers"为题，发表在土壤领域权威期刊Soil Biology and Biochemistry（中科院SCI一区Top，五年IF=10.2）上。曹婷婷博士为第一作者，田兴军教授和Yakov Kuzyakov教授为通讯作者。
研究成果二：土壤有机质分解潜力的空间特征研究
土壤有机质分解是生态系统生物地球化学循环的重要过程。然而，在大尺度上对土壤有机质分解机制的认识还相对不足，特别是由于土壤有机质质量的高度变异性，这给土壤有机质分解的标准化分析带来了挑战。因此，本研究采用标准化棉条(代表纤维素)和木片(代表木质素)对土壤有机质的分解潜力进行了实地研究，比较了这些标准化材料在中国不同气候类型下23个地点的质量损失。
图2.全国样点的分布情况
孵育6个月后，受大尺度温度和降水变化的影响，两种标准化基质的分解速率均呈现自北向南增加、自东向西减少的趋势。然而，在夏季，木片分解模式沿纬度呈现反转趋势，单位温度的质量损失与纬度呈正相关，这可能是由于夏季高温，高纬度地区对分解者活动的限制减少。这些结果表明，高纬度地区的分解者的分解能力可能比低纬度地区的分解者更强。
随机森林分析表明，在大尺度上，分解者、土壤条件和气候三个因素对标准化有机质分解有显著影响。值得注意的是，随着分解的进行，分解者对棉条质量损失的相对影响显著增加，而气候对木片质量损失的相对影响显著增加。
综上所述，本研究为大尺度土壤有机质分解的空间特征和时间动态提供了重要证据。
该文章以"Spatial-temporal variation of soil organic matter decomposition potential in China"为题，发表在土壤学著名期刊Soil and Tillage Research（中科院SCI一区Top, 五年IF=7.3）上，博士生陈琪为第一作者，田兴军教授为通讯作者。