【Science Advances】氣候變暖和臭氧濃度升高通過(guò)改變根系性狀及其共生真菌的組成激發(fā)土壤有機(jī)碳分解
氣候變暖和臭氧(O3)濃度升高是全球氣候變化的重要組成部分,可以顯著影響植物生長(zhǎng)與植物-微生物相互作用,但其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響尚不清楚。
氣候變暖通常會(huì)促進(jìn)微生物活性,增加有機(jī)物分解,而高O3濃度會(huì)破壞植物氣孔功能,減少植物光合作用,且迫使植物利用部分光合作用產(chǎn)物用于修復(fù)臭氧損害的細(xì)胞組織。因此,一般推測(cè)溫度和O3濃度同時(shí)升高可能在促進(jìn)土壤有機(jī)碳分解的同時(shí)減少光合產(chǎn)物向地下分配,從而限制陸地生態(tài)系統(tǒng)作為碳庫(kù)的能力。然而,直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)甚少,相關(guān)的生態(tài)學(xué)機(jī)制更不清楚。
該研究基于美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的長(zhǎng)期定位試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在免耕的大豆農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中,增溫與高臭氧濃度增加了植物脅迫,減少光合產(chǎn)物向地下分配,改變植物根系性狀與營(yíng)養(yǎng)獲取策略。為了確保營(yíng)養(yǎng)獲取,植物調(diào)整了根系結(jié)構(gòu)與AMF的組成:為維持吸收面積,以犧牲根的“強(qiáng)度”為代價(jià),根變得更細(xì)更疏松,菌絲也變細(xì),由此導(dǎo)致根與菌絲更為脆弱,周轉(zhuǎn)速率加快,增加能量源并激發(fā)微生物分解土壤有機(jī)碳;同時(shí),AMF群落中具有更高養(yǎng)分吸收能力的Paraglomus屬相對(duì)豐度增加,而具有土壤有機(jī)碳保護(hù)能力的Glomus屬相對(duì)豐度降低。這些結(jié)果揭示了氣候變化改變根系性狀與菌根真菌組成從而加速土壤有機(jī)碳分解的新機(jī)制。

資環(huán)學(xué)院生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)課題組仇云鵬博士為本文的第一作者。美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)Shuijin Hu和H. David Shew教授, 美國(guó)農(nóng)業(yè)部Kent O. Burkey和Richard W. Zobel教授,以及海南大學(xué)郭梨錦博士參與了此項(xiàng)研究。資環(huán)學(xué)院生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室張藝博士為共同通訊作者。生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)主要研究陸地生態(tài)系統(tǒng)功能及其對(duì)全球變化的響應(yīng),在碳、氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)方面取得一系列研究成果,有多篇論文發(fā)表于Nature Geoscience, Ecology Letters, Global Change Biology等生態(tài)學(xué)頂級(jí)期刊上。
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