经典论文解读: 一种测量土壤微生物生物量碳的提取方法

向经典看齐

“向经典看齐”是生态环境研究中心主任朱永官院士发起，由生态环境研究中心青年学术委员会委员解读经典论文的系列活动。本活动旨在鼓励青年科研人员勇于挑战高难度的科学问题，抢占科技制高点，向本领域顶尖的科学家看齐，力争取得原创性、颠覆性成果，传承经典、砥砺前行。

一种测量土壤微生物生物量碳的提取方法

解读人：肖可青 李心男

作者：E. D. Vance, P. C. Brookes, D. S. Jenkinson

文章标题：An extraction method for measuring soil microbial biomass C

文献来源：Soil Biology and Biochemistry

被引次数：10856次（Web of Science）；13621次（Google Scholar）

研究背景

土壤微生物生物量碳是衡量土壤健康和肥力的关键指标，对于理解土壤生态系统功能和过程并指导土壤管理至关重要。然而，传统氯仿（CHCl₃）熏蒸-培养法因操作复杂、耗时且对土壤条件敏感，尤其在强酸性土壤中效果受限。因此，开发简便可靠的测量方法成为研究热点。熏蒸-提取法通过提取土壤有机碳来估算微生物生物量碳，具有操作简便、适用不同土壤类型的优势。本文旨在验证提取法在多种土壤类型中的适用性，特别是其在强酸性土壤中的有效性，通过与熏蒸-培养法的比较，评估其准确性和可靠性。

研究思路及核心发现

研究思路

本文研究了CHCl₃熏蒸-提取法测量土壤微生物生物量碳的有效性，通过比较十种不同pH值土壤样本在CHCl₃熏蒸前后的有机碳变化，验证了该方法与传统熏蒸-培养法的一致性。研究发现，提取法测得的有机碳约占培养法测得微生物生物量碳的70%，具有较高的准确性。通过线性回归分析，得出微生物生物量碳与提取有机碳之间的强相关关系，表明该方法在不同土壤pH值下均适用。此外，三磷酸腺苷（ATP）与微生物生物量氮的测量结果也进一步证实了提取法的可靠性。

核心发现

1. 熏蒸提取法的有效性：

研究发现，从熏蒸和非熏蒸土壤中提取的有机碳（Ec）约为熏蒸培养法测得微生物生物量碳（Fc）的70%，说明提取法在估算土壤微生物生物量碳方面具有较高的准确性。

表格 1: CO₂-C释放量和从10种土壤中提取的总碳（使用和不使用CHCl₃熏蒸法）

通过线性回归分析，得出了微生物生物量碳与提取的有机碳之间的关系：Biomass C = (2.64 ± 0.060) Ec，这一回归方程解释了数据方差的99.2%。这表明在不同pH值的土壤中，该方法的适用性较广。

图 1: 微生物生物量碳（Biomass C）与熏蒸提取有机碳（Ec）的关系

2. 来自ATP与微生物生物量氮数据的佐证

在四种土壤中测量了ATP和微生物生物量氮的浓度，结果显示ATP与提取的有机碳（Ec）比值在不同土壤中非常相似，进一步证明了熏蒸提取法的可靠性。

表格 2: 土壤7-10中的微生物生物量碳、ATP和熏蒸提取有机碳

表格 3:土壤7-10中熏蒸提取的有机碳（E_c）和氮（E_N）之间的关系

研究领域地位

文章提出的熏蒸-提取法因其在土壤微生物生物量测量中的简便性、可靠性，被后续研究广泛引用和采用，成为土壤微生物生物量测量的标准技术之一，广泛应用于科研、农业管理、环境监测等领域，对土壤健康评估和可持续管理贡献显著。该论文发表以来被广泛持续引用，至今超过一万次（Web of Science），是土壤学领域被引最高的文献之一。

研究历史进展概述

1976年

• 熏蒸法的提出: Jenkinson和Powlson率先提出熏蒸-培养法，用于测量土壤微生物生物量，并探讨了其在不同土壤条件下的应用(Powlson and Jenkinson 1976)，该文被引276次（Web of Science）。

1985年

• 提取法的开发: Brookes等通过氯仿熏蒸后直接提取土壤中的有机氮，验证了提取法在氮测量中的可行性，为后来的方法开发提供了理论依据(Brookes, Landman et al. 1985)，该文被引5085次（Web of Science）。

1987年

• 熏蒸提取法的发展：Vance等研究熏蒸-培养法在强酸土壤中的局限，分析失败原因并提出改进方案。他们发现氯仿熏蒸后，硫酸钾提取的有机碳含量显著上升。基于此，他们提出了改进的熏蒸提取法，简化实验流程，提高测量效率与准确性(Vance, Brookes et al. 1987)，该文被引10856次（Web of Science）。

1990年

• 自动化测量方法: Wu等开发出一种使用市售自动碳分析仪的新方法，大大简化了有机碳测定过程，提高了测量效率和准确性。这一改进方法被广泛引用，显著提升了土壤微生物生物量碳测量的便捷性(Wu, Pommerening et al. 1990)，该文被引2337次（Web of Science）。

该领域主要贡献者及其简介：

David S. Jenkinson

英国著名的土壤科学家，以其在土壤有机质和碳循环研究方面的开创性工作而闻名。他在Rothamsted Research工作多年，开发了熏蒸-培养法和Rothamsted碳模型，为理解土壤健康和长期农业管理提供了重要的科学基础。

  David S. Powlson

Rothamsted Research荣誉教授和Lawes Trust高级研究员，并在雷丁大学担任访问教授。他的研究集中在土壤有机碳和氮循环及其与气候变化的关系，曾担任Rothamsted土壤科学系主任，致力于促进可持续农业和环境保护。

 Philip Charles Brookes

 E. D. Vance

土壤科学和生态学研究者，在土壤微生物生物量测量领域做出了重要贡献。他与P. C. Brookes和D. S. Jenkinson合作，开发了熏蒸-提取法，用于测量土壤微生物生物量碳，这一方法显著提高了土壤微生物研究的效率和准确性。

 吴金水

中国著名的土壤科学家，在中国科学院亚热带农业生态研究所担任研究员。他在土壤微生物生态学和土壤生物化学方面做出了重要贡献，研究包括长期施肥对土壤健康的影响和土壤微生物生物量的测量方法，为农业可持续发展提供了科学依据。

参考文献

Brookes, P., et al. (1985). "Chloroform fumigation and the release of soil nitrogen: a rapid direct extraction method to measure microbial biomass nitrogen in soil." Soil Biology and Biochemistry17(6): 837-842.

Powlson, D. and D. Jenkinson (1976). "The effects of biocidal treatments on metabolism in soil—II. Gamma irradiation, autoclaving, air-drying and fumigation." Soil Biology and Biochemistry8(3): 179-188.

Vance, E. D., et al. (1987). "An extraction method for measuring soil microbial biomass C." Soil Biology and Biochemistry19(6): 703-707.

Wu, J., et al. (1990). "Measurement of soil microbial biomass C by fumigation-extraction-an automated procedure." Soil Biology and Biochemistry22(8): 1167-1169.

论文链接: https://doi.org/10.1016/0038-0717(87)90052-6