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          科技動態

          沈陽生態所揭示土壤有機質分解溫度敏感性與微生物K-策略間的生態關聯

          撰稿: 沈陽應用生態研究所 發布時間:2021-03-25
            全球變暖加速土壤有機質(SOM)分解和CO2釋放,研究SOM分解的溫度敏感性(Q10)對全球變暖的響應,對于未來氣候變化下的全球碳收支預測至關重要。然而,由于Q10、SOM質量和微生物生態功能之間的復雜關系,Q10對持續增溫的響應趨勢及其驅動機制尚存在較大爭議,特別是缺乏微生物基因組學相關證據支持。
            沈陽生態所土壤化學組研究團隊以中國東北闊葉紅松林為研究對象,沿北緯40o54'51''—49o28'42''緯度梯度(南北1100 km)選取13個樣點,年均溫(MAT,-1.9℃—5.1℃)溫差達7℃。測定了SOM礦化溫度敏感性(Q10值)、土壤基本理化性質、SOM質量、土壤微生物群落組成、與碳降解相關的功能基因豐度,系統研究了SOM礦化溫度敏感性隨年均溫的變化規律及其綜合驅動機制,著重探討了Q10與微生物群落生態策略之間的關聯。研究發現,Q10值隨MAT增加而增加,但隨SOM的生物可利用性增加而下降(圖1);Q10與土壤微生物群落K-策略傾向有關,包括:i)寡營養類群和富營養類群微生物的比例高;ii)外生菌根菌與腐生真菌比例高;iii)惰性有機碳與活性有機碳降解基因的比例高;iv)16SrRNA基因操縱子平均拷貝數低。由于K策略微生物偏好利用惰性有機碳,本研究從微生物群落組成和功能的角度支持了碳質量-溫度(Carbon quality-temperature,CQT)假說。通過365天的室內培養實驗,明確了活性有機碳與惰性有機碳庫對溫度變化的響應。結果表明,樣帶南部相對溫暖地區土壤中難降解有機質的分解對氣溫升高更為敏感,這可能與微生物群落K-策略占優勢相關聯,暗示溫度升高可能會增加較溫暖地區惰性有機碳庫的損失,加劇氣候變暖和CO2排放之間的正反饋作用(圖2)。本研究首次嘗試基于微生物遺傳信息揭示Q10與土壤微生物生態策略之間的關聯,解析了Q10-SOM質量-微生物生態功能之間的復雜關系,可為后續的相關研究提供重要的理論基礎和數據支撐。
            上述結果以“Temperature sensitivity of SOM decomposition is linked with a K-selected microbial community”為題于2021年3月在線發表在Global Change Biolog上。土壤化學組李慧研究員和聯合培養研究生楊山博士(現為廣東省微生物研究所助理研究員)為共同一作,姜勇研究員為通訊作者,沈陽生態所葉吉副研究員、布仁倉副研究員、王緒高研究員、研究生姚飛和馬銳驁等為共同作者。本研究得到國家自然科學面上基金項目(31870482,31570501)等的資助。
            

              

              

              圖1 基于結構方程模型(SEM)分析年均溫(MAT)、有機質質量和有效性、微生物生態策略對有機質礦化溫度敏感性(Q10)的直接效應和間接效應 

              

              

                

            圖未來氣候變暖條件下,有機質礦化溫度敏感性(Q10)、有機質質量和有效性、微生物生態策略的響應趨勢及其復雜關系的概念模型
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