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Extract 001

阅读材料参考自以下链接：

罗忠奎 - Soil Carbon Research-浙江大学个人主页

24/05/08
  • https://doi.org/10.1038/nature04514

土壤碳分解对温度的敏感性及对气候变化的反馈

Note

中国土壤系统分类 龚子同

有机物质表层类 Organic epipedons

  • 有机表层 Histic epipedons 20cm 枯枝落叶质表层
  • 有机现象 Histic evidence 5~20cm
  • 草毡表层 Mattic epipedons 5cm
  • 草毡现象 Mattic evidence 2~5cm

土壤碳库 soil carbon pool

RothC 概念模型

可分解植物材料碳库：根据碳氮比和木质素含量划分

矿质土壤碳库：根据碳稳定性划分

  • 微生物生物质 microbial biomass（快）
  • 腐殖有机质 humified organic matter（慢）
  • 惰性 inert（被动）

碳库的平均停留时间（MRT），分解反应速率的倒数

使用不同土壤碳基质和MRT的连续体模拟土壤碳动力学

Info

不同土壤碳基质 → 不同土壤类型？不同土地覆盖？

MRT → 通过降雨、温度等变量获得？

梯度研究，时空换代space-for-time，描述对未来碳储量变化情景的预测

地理趋势，碳储量分解对瞬时温度的响应，反映不同有机碳底物的相对基质丰度，实质是环境限制导致的基质分解的比例不同（不同基质具有不同的动力学特征、不同的固有温度敏感性、不同的分解限制）

多年冻土的冷冻条件更容易受到快速变化的影响，有多少冻土可能融化

Info

假设发生区域性林火（在现有管理措施下是否成立），区域土壤作为碳源持续时间如何；何时恢复为碳中和状态；何时恢复到原有状态（问题：此时的原有状态是指火烧前的该区域还是假设未发生火烧该区域的未来状态）

24/05/09
  • https://www.nature.com/articles/nature10386

约定

链接使用-符号；原文摘录使用>符号；

原文直接理解无符号；原文间接理解使用!!! info;

补充信息使用!!! note.

环境和生物控制SOM稳定性；土壤有机碳的稳定性不是一种分子性质，而是一种生态系统性质；新的研究仍为定性研究，缺少参数化

recalcitrance固执，难分解？对SOM循环只有轻微的重要性，是一种混淆；概念框架需与观测结果一致，并具有机制基础

bulk chemical composition总体化学成分和植物残体的初始分解速率相关，木质素等不能通过强酸处理溶解的部分被认为决定矿物土壤长期分解率，但事实上木质素等比大部分有机物更快转变；不稳定的化合物反而难以分解，可能与其他机制限制分解酶的输入或者活性有关。

传统方法：酸碱提取、提取物观察；腐殖物质，包含大的复杂的大分子，认为是SOM的最大最稳定一部分；然而这只占有机物的小部分

火衍生Fire-derived organic matter的土壤有机质是否更稳定，损失速率是否更快

Info

过火和采伐后的土壤的区别

是否认为过火后的土壤有机物包含火衍生的特有物质（或比例较高），而采伐后的土壤和未采伐土壤相比仅是凋落物积累和凋落物组成差异（次生林和采伐前的树种组成不同，对应的林下植被不同）

经过火烧后的土壤，即使未向大气释放，是否在长时间内的分解速率更快，导致持续的CO2高排放

根来源的碳在土壤中保留效率高于叶片和针叶的地上输入；新根系输入碳同时激发微生物活性，导致较老有机物的更快分解；根系、真菌菌丝体

深层SOM，分解者和有机物的脱节；生物扰动或流动flow？;subsoil底土，溶解性有机物；底土中，相对于植物化合物，更多的来自于微生物产物

多年冻土Permafrost，冻土融化使原本靠温度稳定的土壤有机物不稳定，同时有机物的加速分解缓解了微生物的氮限制，导致碳的进一步释放；成土矿物可能使SOM稳定

景观随气候变暖的演变，永久冻土如何通过冷冻以外的其他过程稳定温度、冻土的活性层饱和和厌氧anaerobic的程度；预测气候-碳反馈的不确定性：程度、速率、空间变异性

土壤微生物与生态系统功能的定量联系；土壤微生物通过分解影响SOM，同时本身也是SOM组成；环境变化影响土壤微生物的代谢活动和群落结构，影响土壤碳循环；如何联系微生物基因组学与生态系统功能

土壤碳多数来源于地下输入，并通过微生物氧化转变为土壤中的物质；土壤碳循环模型；有机物不应使用衰变率、库、稳定性等描述，应该用控制稳定性的可量化的特征，如溶解度、分子大小、功能

数值模型，量化复杂相互作用，支持土壤对于全球变化的反馈；SOM稳定或者不稳定的机制；全球碳循环对SOM分解动力学的假设敏感

土壤模型中缺少对于土壤机制的最新进展；枯枝落叶的参数化主要与初始分解速率有关、微生物生物量被错误的认为是碳库而不是影响SOM分解的因素；温度敏感性

soil biogeochemistry models土壤生物地球化学模型

土壤模型缺少对土壤物理和化学特征、以及土壤类型和地理特征的描述

微生物和酶的空间技术、同位素的追踪；土壤微生物生物信息，分子级别的SOM

转化率：与土壤温度和含水量的经验关系； 粘土含量：有机物矿物温度的代表

SOM的生物过程，地下碳分配和养分可利用性，根系输入；焦炭和木质素的较快分解；全球模型的精细尺度的过程和异质性

类似于植物功能，需考虑微生物的功能

24/06/18
  • https://doi.org/10.1038/nature16069

humic substances腐殖质（腐殖物质）；大分子的腐殖质（土壤、沉积物和水体中的有机物质，由动植物分解获得）无法长期存在，土壤有机质是不断分解的有机物质的连续体

soil carbon–climate interactions土壤碳-气候相互作用

soil organic matter土壤有机质（土壤有机物质）包含土壤有机碳和...；少量土壤碳释放即对温室气体浓度影响显著；the nature of soil organic matter土壤有机质的性质

区分土壤有机质的传统方法：碱提取，再酸化后沉淀为humic acid胡敏酸（腐殖酸），再酸化后仍溶解的有机物质称fulvic acid富里酸，对处理无反应（缺乏可电离官能团、矿物保护）的物质称humin腐黑物；

问题1：提取不完全，大部分未被提取而归类为humin，即胡敏酸和富里酸不能认为是土壤总有机质的代表；碱性溶液将额外提取包含在腐殖质外的物质，例如活生物量（简单的生物分子，被认为是非腐殖物质）、溶解性有机物、未分解的叶和根；The sum of ‘humic’ and ‘non-humic’ substances is defined as ‘humus’,

问题2：将土壤常规pH范围内不会解离的化合物电离，不是真正的分离物

问题3：腐殖质被认为是类似操作提取的物质而与土壤有机物质的性质无关

土壤有机质视作一个连续体SCMsoil continuum model;土壤有机质周转predictions of soil organic matter turnover预测：有机物在矿物基质中的空间排列和氧化还原、土壤微生物生态、土壤温度水分与矿物表面的相互作用

传统观点：土壤持久性有机物persistent organic matter；碱性溶液的溶解度和碱性溶液提取有机物的性质

新观点：有机物质和微生物的可及性、酶的温度依赖、有机物的运输和吸附；实际可溶于水的未经碱提取的有机物（形式）（土壤溶液？）；微生物对土壤有机质的获取，管理碳流carbon fows而不是碳库存carbon stocks

腐殖质在不同领域的定义自相矛盾。腐殖化humification观点中认为难分解的物质分解速度实际很快。腐殖提取物的深色被认为是天然色素等的积累。腐殖质提取物中的多环碳化合物（黑色素、单宁、抗生素）通常由植物和微生物产生。化合物具有明确的生理目的，如植被火后的热变化碳是多环芳烃；嵌入碳环结构的氮可能是火灾二次合成的结果而不是腐殖化。

植物凋落物分解为小块，进而被胞外酶降解到相对较小以转运通过微生物细胞壁，不同的有机物在不同的衰败阶段，直至形成低能量的化合物

优先分解（选择性保存）：与分解生物有关，被认为难分解的木质素在易获得的情况下可以快速分解

渐进式分解（生物聚合物降解）：不同分解阶段、不同微生物产物，微生物合成代谢过程中物质在细胞死亡后释放

SCM土壤连续体模型：分解者不断处理有机物碎片，伴随分子尺寸减少，增加在水中的溶解度、与土壤矿物结合减少进一步分解；结果是微生物细胞、细胞碎片、胞外多糖和根系分泌物沉积在土壤矿物表面

土壤碳动力学建模modelling soil carbon dynamics

RothC等模型包含周转缓慢的碳库，即包括了腐殖质部分，缺乏对于分解过程的表示；土壤有机碳矿化的全球变暖反馈需考虑气温升高过程的微生物活动；有机物的分解不会产生复杂和难分解的化合物，使该模型的周转缓慢碳库缺乏解释能力

考虑模型的温度响应：有机化合物的连续性、有机化合物的保护、温度-湿度的相互作用、矿物与有机质的结合以及矿物随有机物结合的稳定性变化

微生物群落适应于代谢简单的小化合物而不是大的聚合有机化合物；模型需结合土壤物理原理与土壤生物过程；土壤水对有机碎片的流动性与微生物对分解产物的可及性

微生物在土壤中的空间结构（原位酶谱？）；二维和三维的成像分析

水生生态系统的有机碳主要来源于土壤，并被矿化生成CO2或保留在河流沉积物

以有机物溶解度和空间结构的模型取代基于池的模型

24/06/28
  • https://doi.org/10.1890/1051-0761(2000)010[0423:TVDOSO]2.0.CO;2

土壤有机碳的垂直分布及其与气候植被的关系

植被变化（土地覆盖变化）影响SOC的深度分布SOC distributions with depth

  • https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2017.105

合成代谢在微生物控制土壤碳储存中的重要性

土壤有机物（土壤有机质）的分解、转化和稳定the decomposition, transformation and stabilization of soil organic matter (SOM)

土壤有机碳库的大小the magnitude of the organic C reservoir in soils

土壤碳动力学是微生物生长和活跃的结果，微生物参与的过程影响土壤碳稳定性；微生物分解代谢、合成代谢驱动的土壤碳动力学：两条途径：离体修饰ex vivo modification、体内周转in vivo turnover

土壤微生物碳泵soil ‘microbial carbon pump’ (MCP)，微生物生产的有机化合物逐渐稳定，称之为内结合效应，因物理保护或形成缺乏活化能的化学成分，最终微生物衍生的碳埋藏在土壤

Info

是否可理解为在微生物作用下，较为稳定的有机化合物分为与矿物结合的有机化合物和较小分子的，难以再分解的有机化合物；土壤有机质、土壤有机碳的化学组成；土壤中碳是大气中两倍，超过植被和大气中碳的总和

微生物控制碳通量的两重性：分解代谢促进碳向大气的释放，将碳稳定成不易分解的形式防止碳的释放

Info

碳氮比差异，是否可用于区分土壤有机质有机物质组分差异？

目前多关注温室气体CO2的微生物来源，而少关注微生物代谢合成产生的可封存产物的作用；真菌和细菌坏死部分是稳定SOM池的主要含碳成分；SOM积累可能的驱动因素是微生物生长衍生的C，以生物量周转和坏死块堆积的形式转换为SOM

长期碳储存：土壤中植物生物量稳定为SOM；作为植物养分来源、增加渗透和蓄水能力，增强土壤结构；SOM数量和质量变化由非生物环境、土壤和有机物输入类型、生物活性决定

微生物影响SOM形成的两种主要途径：离体（细胞外）修饰，其中细胞外酶分解转化植物残基导致植物来源碳沉积，且此碳不易被微生物同化（修饰原始组织中的化合物）（离体修饰是纯分解代谢过程，通过酶重组或改变分子）；通过有机物在细胞体内周转，导致微生物衍生的碳（微生物合成形成新的化合物）（分解代谢和合成代谢过程的混合）（认为体内周转的最终产物是微生物合成代谢的产物，最终沉积到SOM）

离体修饰：植物性状决定植物来源C被修饰的程度；微生物以不同的方式修饰植物材料的结构导致不同的C使用和稳定模式，取决于植物和组织类型以及那些微生物种群活跃；森林中的微生物更适合降解复杂的C化合物；真菌释放外酶，优先降解新鲜的凋落物

Info

没有微生物参与时，凋落物分解如何进行？

微生物的合成代谢能力影响微生物对SOM的贡献；调节微生物来源的碳的量以及微生物来源的C和植物来源的C的比例

体内周转，微生物生物量；微生物对阔叶林和针叶林碳库的贡献不对称；真菌和细菌残留物的周转时间；microbial necromass微生物死亡生物组织相对于生物量更代表微生物对土壤碳库的贡献

最初的凋落物分解过程的差异，如富含单宁的凋落物

  • https://www.science.org/doi/10.1126/science.aan2874