第七届青年地学论坛

基于微生物休眠-激活机制，开发了耦合微生物-酶功能群的土壤生物地球化学模型MEND（Microbial-ENzyme Decomposition），其主要特点包括：（i）考虑微生物休眠-激活机制；（ii）多个酶功能组驱动碳氮转化过程；（iii）可测量的土壤有机质库分类（颗粒态、矿物结合态、溶解态等），避免了传统土壤库（如快速、慢速、被动库等）难以实际测量的缺点;（iv）考虑土壤有机碳的物理化学保护机制（矿化物结合态；吸附-反吸附）；（v）考虑碳同位素模拟。通过模型-实验整合分析，探索了将微生物数据与生物地球化学循环机制与模拟结合的思路和方法，通过对温带草地生态系统7年野外增温实验数据分析与模拟结果表明，在传统土壤呼吸数据基础上，首次采用酶/基因功能组（如氧化酶和水解酶）丰度随时间变化的趋势来约束生态系统模型中的酶动力学，能有效降低模型参数的不确定性，揭示了土壤微生物异养呼吸对增温的持续适应性机制有助于减少土壤CO₂排放。MEND模型还被成功地应用于历经12年的BIOCON草地野外试验率定和验证，表明在自然氮沉降（aN）下，酶/基因功能组对CO₂浓度升高的正响应高于在氮肥添加（eN）情形下的正响应，其结果与实验观测一致；并揭示CO₂浓度升高在低氮条件下对异养和总土壤呼吸具有更显著的影响。这些生态系统尺度的实验-模型整合研究为深入理解“气候变化-水循环-微生物调控碳氮循环”之间的关系提供了机制解释和定量描述。
 

微生物组学,碳氮循环,生物地球化学模型