植物の葉くずの分解から発生する揮発性有機化合物は、土壌の微生物群集と炭素動態を変化させる

Volatile organic compounds from leaf litter decomposition alter soil microbial communities and carbon dynamics.

• Steven G McBride
• Mallory Choudoir
• Noah Fierer
• Michael Strickland

抄録

植物の葉くずから土壌中への炭素の移行に関する研究では、主に地下の葉くずからの可溶性炭素の溶出や、葉くずが直接土壌中に混入することに焦点が当てられてきた。しかし、これまでの研究では、リターの分解中に放出される揮発性有機化合物（VOC）の役割はほとんど無視されてきた。ほとんどの葉炭素とは異なり、これらのリター由来のVOCは土壌マトリックスに直接拡散することができる。ここでは、99日間のマイクロコズム実験を用いて、C標識した葉ゴミの微生物分解中に発生したVOCを、分解した葉ゴミが土壌サンプルとヘッドスペースを共有しているだけで、葉ゴミ炭素の直接接触や水性移動を妨げている土壌炭素画分に追跡した。また、これらのリター由来のVOCが土壌微生物群集構造に及ぼす影響を調べた。その結果、リター由来のVOCは、測定されたすべての土壌炭素プールに寄与していることが明らかになった。具体的には、微生物バイオマス、溶存有機物、鉱物関連有機物、粒子状有機物の各プールにおいて、VOC由来の炭素がそれぞれ2.0、0.61、0.18、0.08%を占めていた。また、リター由来のVOCが土壌の細菌・真菌群集の多様性と組成に影響を与えることも明らかにした。これらの知見は、VOCが土壌微生物群集と炭素動態を変化させる経路の重要性を強調している。

Investigations into the transfer of carbon from plant litter to underlying soil horizons has primarily focused on the leaching of soluble carbon from litter belowground or the mixing of litter directly into soil. However, previous work has largely ignored the role of volatile organic compounds (VOCs) released during litter decomposition. Unlike most leaf carbon, these litter-derived VOCs are able to diffuse directly into the soil matrix. Here, we used a 99-day microcosm experiment to track VOCs produced during microbial decomposition of C-labeled leaf litter into soil carbon fractions where the decomposing litters were only sharing headspace with the soil samples, thus preventing direct contact and aqueous movement of litter carbon. We also determined the effects of these litter-derived VOCs on soil microbial community structure. We demonstrated that the litter VOCs contributed to all measured soil carbon pools. Specifically, VOC derived carbon accounted for 2.0, 0.61, 0.18, and 0.08% of carbon in the microbial biomass, dissolved organic matter, mineral associated organic matter, and particulate organic matter pools, respectively. We also show that litter-derived VOCs can affect soil bacterial and fungal community diversity and composition. These findings highlight the importance of an underappreciated pathway where VOCs alter soil microbial communities and carbon dynamics.

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