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研究背景
植物通过地上（凋落物）和地下（死根、根系分泌物等）输入为土壤微生物群落提供食物和能量。植物地上输入指在秋季地上凋落物凋落破碎后直接或者通过降雨渗入土壤深层，这一过程通常漫长而迂回。植物地下输入在生长季持续进入根际，并且其中大部分可被土壤微生物快速利用。因此，植物地上和地下输入在维持土壤微生物的丰度和群落多样性方面起着不同的作用。
一般研究发现，地下输入对微生物丰度和群落结构的影响比地上凋落物质输入更大。然而，大多数研究均在生长季进行，常忽视了非生长季节下土壤微生物对地上和地下输入响应的重要性。实际上，在非生长季仍会有一些活性微生物参与凋落物的分解过程，其活性和丰度受温度影响可能较低。但考虑到非生长季地下输入不能提供微生物所需的碳源，我们猜测地上输入将在非生长季维持微生物丰度和群落方面发挥重要作用。
在这项研究中，我们利用进行了两年的草地植物地上和地下输入野外原位试验，分别研究植物地上输入（地上部凋落物）和地下输入（根系分泌物以及死根等）对生长季节前/后的微生物性质，以检验植物地上输入在非生长季节维持土壤微生物群落结构方面发挥重要作用的假设。
材料方法
本试验于2018年春设立于辽宁海城，采用随机区组实验设计，共设置三个区组，每个区组包含四个处理：无植物输入(NI)、仅植物地下输入(+B)、仅植物地上输入(+A)、植物地上和地下输入(+A+B)。草地植物的生长季节为5月到10月，生长季内每两周从NI和+A小区中人工拔除长出的草。当生长季末期(10月底)植物枯萎变黄时，将+B小区的地上植物生物量刈割，然后转移到同一区组的+A小区，均匀分布在土壤表面。+A+B小区的地上植物部分也被刈割并均匀覆盖在自身小区地表，以保证措施与+A小区一致。在2019年4月(代表生长季前)和10月底(代表生长季后)，采集各处理土样测定土壤PLFAs、水解酶酶活性、微生物量碳氮、有机碳（SOC）和总氮（TN）、土壤培养呼吸（代表微生物活性）、温度和湿度等。
研究结果
生长季前，微生物活性、丰度和群落组成在+A和NI处理之间相似（图1、图2、图4a），表明植物地上输入在生长季节前维持土壤微生物方面没有发挥重要作用。尽管地上输入会给土壤带来大量新鲜有机物，相当于地下输入的9倍，但生长季节前的低温限制了微生物的活动。生长季前仅在+A+B处理的AM真菌比其他处理有更大丰度，而+A和NI处理的微生物丰度相似（图2b）。与之一致，地上植物输入没有影响微生物多样性（图3a）。
生长季后，+B处理的土壤微生物群落结构与+A+B处理相似，NI和+A处理更为接近（图4b），表明植物地下输入在生长季后维持土壤微生物方面起决定性作用。植物在生长季通过其根部将可溶性有机物持续分泌到土壤中，所以采样时的土壤可能存在遗留效应，仍存在部分根系分泌物供微生物利用。同时，与地上输入相比，地下输入还包括死根，能够提供不稳定和难分解的多样化碳源，促进多种微生物生长。因此，地下输入在生长季节后保持了土壤微生物多样性（图3b），同时佐证了微生物活性（图1）、丰度（图2）和群落组成（图4）的结果。
图 1 生长季前和生长季后的土壤呼吸速率和累计呼吸量
图 2 生长季前和生长季后的土壤微生物类群
图 3 生长季前和生长季后的微生物香农指数
图 4 土壤磷脂脂肪酸的PCA分析
小结
生长季前，植物地上输入和无输入的土壤微生物活性、丰度、群落组成和多样性均相似。生长季后，植物地下输入在维持土壤微生物结构方面起决定性作用。综上，在非生长季，地上输入在维持土壤微生物群落结构方面没有起决定性作用。
本文于2023年2月9日以“Aboveground litter input is not important for soil microbes during the non‑growing season”为题在Journal of Soils and Sediments期刊在线发表。沈阳农业大学贾照杰硕士和吉德昌博士生为共同第一作者，丁凡副教授为通讯作者，共同作者包括中国农业大学臧华栋教授、沈阳农业大学汪景宽教授、中国农科院环发所严昌荣研究员及沈阳农业大学博士生李诗彤和硕士李铭轩、王政宇、卢洁。感谢国家自然科学基金42071069的资助。
原文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11368-023-03450-w。
编辑 | 吉德昌
审核 | 丁凡