氣候變化誘導(dǎo)的植被群落轉(zhuǎn)變往往伴隨著碳氮資源輸入的變化,最終影響土壤微生物。然而,氣候和植被變化對(duì)土壤微生物群落組成和生態(tài)功能的影響仍存在爭議,其潛在機(jī)制尚未明確。
沈陽生態(tài)所土壤化學(xué)組研究團(tuán)隊(duì)以中國內(nèi)蒙古東部大興安嶺西北麓的森林草原過渡帶為研究對(duì)象,選取年均溫增加(MAT, -3.9℃~ -2.5℃)且年降水降低(MAP, 459mm ~ 371mm)的氣候梯度下的6個(gè)樣點(diǎn),植被類型由落葉松林→落葉松白樺混交林→白樺林→草甸草地演變(圖1)。測定了土壤基本理化性質(zhì),植被特征以及基于多種生理和系統(tǒng)發(fā)育性狀預(yù)測了微生物r-策略的優(yōu)勢地位,包括r-/ K-策略微生物相對(duì)豐度比值、16SrRNA基因操縱子平均拷貝數(shù)(rrn)、腐生菌根/外生菌根真菌比、水解簡單(纖維素二糖和低聚糖)和復(fù)雜(纖維素和蛋白質(zhì))有機(jī)化合物酶活性的化學(xué)計(jì)量比。研究發(fā)現(xiàn),與森林相比,草地生態(tài)系統(tǒng)中植物凋落物質(zhì)量更高,土壤有機(jī)碳庫中的活性碳比例更大,微生物群落r-策略占主導(dǎo)地位。在森林生態(tài)系統(tǒng)中,隨著緯度降低氣候變暖,植被從針葉林轉(zhuǎn)變?yōu)殚熑~林,凋落物輸入土壤中的不穩(wěn)定碳含量增加,刺激了r-策略微生物活性。在草地生態(tài)系統(tǒng)中,隨著由北向南氣候暖干化,可用性碳和氮含量下降,微生物群落向K-策略主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。這項(xiàng)研究表明,在未來氣候逐漸變暖的情景下,森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物群落逐漸轉(zhuǎn)向r-策略主導(dǎo),從而面臨碳損失的潛在風(fēng)險(xiǎn);而在草原生態(tài)系統(tǒng)中,土壤微生物群落具有K-策略傾向,可能會(huì)降低碳損失的風(fēng)險(xiǎn)(圖2)。
上述結(jié)果以“Ecological strategies of soil microbes along climatic gradients: contrasting patterns in grassland and forest ecosystems”為題于2024年5月在線發(fā)表在Plant and Soil上。土壤化學(xué)組博士研究生黨寧為論文第一作者,李慧研究員為通訊作者,沈陽生態(tài)所王正文研究員、地理科學(xué)與資源研究所徐麗副研究員、河北大學(xué)姜勇研究員、劉賀永校聘研究員,沈陽生態(tài)所研究生吳輝、王聰、馬銳驁為共同作者。本研究得到國家自然科學(xué)面上基金項(xiàng)目(32171568, 42230515和32101320)等的資助。
論文鏈接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-024-06697-5?

圖1 森林-草地過渡帶采樣點(diǎn)的位置(藍(lán)色圓圈)以及樣點(diǎn)年均溫(MAT)和年降水(MAP)數(shù)據(jù)

圖2 森林-草地樣帶土壤微生物生態(tài)策略的變化及其潛在機(jī)制




