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文章亮点:

Pb污染使微生物C限制升高,P限制降低。

Pb污染通过增加qCO₂和降低CUE来增加了土壤C的流失;

微生物C限制是qCO₂升高和CUE降低的主要驱动因素;

微生物C限制比微生物P限制对Pb胁迫更加敏感;

生态酶化学计量学在重金属污染评价中具有广阔的应用前景；

图文摘要:

潜在有毒元素(PTEs)污染对微生物代谢造成巨大威胁，微生物代谢对研究土壤养分循环和预测农业生态系统碳储量起着至关重要的作用。然而，微生物代谢特性对重金属污染的响应以及微生物代谢介导的土壤养分循环和碳动态的机制尚不清楚。基于此，我们采用胞外酶化学计量学方法，研究了不同铅水平(0、100、500、800、1500、2000和3000 mg Pb kg⁻¹干土)下农田土壤微生物代谢限制的变化，并与微生物代谢商(qCO₂)和碳利用效率(CUE)关联，揭示了铅胁迫对土壤碳储量的影响。

主要结果:

图1. 培养后期C-N和C-P获得相对酶活比(A)、载体长度(B)和角度(C)以及长度和角度(D)的关系。向量长度代表微生物相对C限制，向量角度代表P限制

图2. 培养末期Pb添加下微生物qCO₂ (A)和CUE (B)的变化

图3. 培养末期qCO₂、CUE与代谢限制的线性分析

图4. 偏最小二乘路径模型(PLS-PM)显示了微生物C-、P-限制和CUE的主要影响途径

综上,我们的结果表明,随着铅的添加微生物相对C限制增强,P限制降低。此外,微生物相对C限制的增强增加了qCO₂,降低了CUE,从而导致土壤C的流失。此外,不同铅浓度下微生物代谢对C限制和P限制的响应一致,表明微生物代谢限制有望成为评价重金属污染土壤的新指标。本研究揭示了微生物代谢限制对土壤C动态的调控机制,并为开发土壤生态系统污染评价指标提供了新的思路。

论文第一作者为王香香，通讯作者为方临川研究员。该研究得到国家自然科学基金项目(41977031)和陕西省杰出青年科学基金(2020JC-31)项目的资助。

全文下载:https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.136311