Microbial-driven mechanisms for the effects of heavy metals on soil organic carbon storage: A global analysis

重金属 环境化学 土壤碳 环境科学 总有机碳 碳纤维 化学 土壤水分 土壤科学 材料科学 复合数 复合材料
作者
Kai Zeng,Xiaochen Huang,Junjie Guo,Chuan-chao Dai,Chuntao He,Hao Chen,Guorong Xin
出处
期刊:Environment International [Elsevier]
卷期号:: 108467-108467
标识
DOI:10.1016/j.envint.2024.108467
摘要

Heavy metal (HM) enrichment is closely related to soil organic carbon (SOC) pools in terrestrial ecosystems, which are deeply intertwined with soil microbial processes. However, the influence of HMs on SOC remains contentious in terms of magnitude and direction. A global analysis of 155 studies was conducted to integrate the synergistic responses of SOC and microorganisms to HM enrichment. A significant increase of 13.6 % in SOC content was observed in soils exposed to HMs. The response of SOC to HMs primarily depends on soil properties and habitat conditions, particularly the initial SOC content, mean annual precipitation (MAP), initial soil pH, and mean annual temperature (MAT). The presence of HMs resulted in significant decreases in the activities of key soil enzymes, including 31.9 % for soil dehydrogenase, 24.8 % for β-glucosidase, 35.8 % for invertase, and 24.3 % for cellulose. HMs also exerted inhibitory effects on microbial biomass carbon (MBC) (26.6 %), microbial respiration (MR) (19.7 %), and the bacterial Shannon index (3.13 %) but elevated the microbial metabolic quotient (qCO2) (20.6 %). The HM enrichment-induced changes in SOC exhibited positive correlations with the response of MBC (r = 0.70, p < 0.01) and qCO2 (r = 0.50, p < 0.01), while it was negatively associated with β-glucosidase activity (r = 0.72, p < 0.01) and MR (r = 0.39, p < 0.01). These findings suggest that the increase in SOC storage is mainly attributable to the inhibition of soil enzymes and microorganisms under HM enrichment. Overall, this meta-analysis highlights the habitat-dependent responses of SOC to HM enrichment and provides a comprehensive evaluation of soil carbon dynamics in an HM-rich environment.
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