近日,我所吳迪研究員團(tuán)隊(duì)在極端高溫影響土壤微生物碳代謝研究方向取得新進(jìn)展。通過14C同位素示蹤、長期培養(yǎng)及高通量測序等技術(shù),系統(tǒng)闡明了單次極端高溫事件如何顯著改變農(nóng)田土壤微生物的碳利用策略。研究成果為未來氣候情景下碳模型優(yōu)化提供了關(guān)鍵依據(jù)。
隨著全球氣候變暖加劇,極端高溫事件發(fā)生頻率和強(qiáng)度不斷增加。相比空氣溫度,土壤表層更容易達(dá)到極端高溫,從而影響土壤微生物及其介導(dǎo)的碳循環(huán)過程。針對(duì)極端高溫對(duì)土壤微生物碳代謝長期影響機(jī)制尚不明確的問題,中國科學(xué)院應(yīng)用生態(tài)研究所聯(lián)合英國班戈大學(xué)(Bangor University),利用14C同位素示蹤、長期培養(yǎng)和高通量測序等技術(shù),系統(tǒng)評(píng)估了單次極端高溫事件對(duì)農(nóng)田土壤微生物碳利用效率(CUE)及群落結(jié)構(gòu)的影響,并追蹤其長期遺留效應(yīng)。
研究結(jié)果表明,高溫事件顯著改變了微生物碳利用策略,使葡萄糖來源的14CO2釋放增加48%,微生物CUE下降約50%。同時(shí),50 ℃處理顯著降低了細(xì)菌和真菌多樣性及細(xì)菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性,使得耐熱的變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)和放線菌門(Actinobacteria)存活下來,并推動(dòng)微生物群落由資源利用效率較高的K策略類群向快速生長的r策略類群轉(zhuǎn)變。此外,極端高溫顯著加速了土壤老碳分解,50 °C 加熱期間的累積14CO2損失比 20 °C 高出 97%,但高溫結(jié)束后土壤有機(jī)質(zhì)分解速率迅速恢復(fù)至對(duì)照水平。
通過持續(xù)6個(gè)月、4次重復(fù)添加14C-葡萄糖的監(jiān)測,研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),高溫造成的微生物碳代謝損傷恢復(fù)緩慢,即使經(jīng)過200天恢復(fù)期,溫帶土壤微生物群落也難以完全恢復(fù),且外源微生物接種也未能顯著加快恢復(fù)過程。本研究為極端高溫事件后微生物碳代謝的響應(yīng)機(jī)制提供了新的見解,為未來極端氣候情景下碳模型的參數(shù)化和驗(yàn)證提供了知識(shí)支持。
相關(guān)研究以“Legacy effects of extreme heat decreased soil microbial carbon use efficiency”為題發(fā)表在《Global Change Biology》期刊。中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所-英國班戈大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生尹晉華為第一作者,中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所吳迪研究員為通訊作者,Roland Bol教授(德國于利希研究中心)、Davey Jones教授(英國班戈大學(xué))、Dave Chadwick教授(英國班戈大學(xué))、王超研究員(中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所)等為本研究的共同合作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2025YFE0208700)等項(xiàng)目資助。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.70967

圖1?極端高溫事件對(duì)微生物碳利用效率的影響

圖2?極端高溫事件對(duì)微生物群落組成的影響

圖3 單次極端高溫事件后微生物碳循環(huán)的長期監(jiān)測




