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GCB精选 | 微生物温度适应降低了气候变暖情形下青藏高原高寒草甸土壤碳损失

已有 921 次阅读 2019-8-9 22:09 |个人分类:热点研究|系统分类:博客资讯

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导读


气候变暖情形下土壤碳库的响应过程及其机制对于预测气候变化和土壤碳库的反馈关系具有重要意义。本研究通过实验室的模拟实验研究温度增加后土壤有机质分解及微生物群落特征的响应规律,研究结果将帮助我们更好地理解气候变暖情形下土壤碳循环过程,提高气候变化模型的预测精度。


▉  原文信息

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▉  正文

全球土壤中碳含量约为大气碳含量的2-3倍,主要以土壤有机质形式存在。土壤有机质被微生物分解后以二氧化碳形式释放到大气中。因此土壤碳库微小的变化都能够显著影响大气中二氧化碳含量,进而影响局部甚至全球气候。气候变暖能够增加土壤微生物的活性,进而加快土壤有机质的分解,导致更多的二氧化碳释放到大气中。但是当前大量的研究结果表明温度增加后土壤呼吸 (土壤二氧化碳的释放速率) 并不是长期持续的增加。随着增温时间的延长,土壤呼吸增加的程度会逐渐降低,使得我们对未来气候变化和土壤碳库反馈关系的预测存在很大的不确定性。


目前对长期增温后土壤呼吸降低的现象解释主要有2个:(1) 土壤中易分解有机质含量的降低,导致微生物底物限制,进而降低了土壤呼吸;(2) 微生物的温度适应。长期增温后微生物对升高的温度产生了适应,主动降低了其代谢活性。这两种机制将会导致未来气候变暖情形下土壤碳库产生截然不同的响应。因此进一步揭示长期增温后土壤呼吸降低的原因对于认识土壤碳循环过程具有重要意义。本研究采集了三种青藏高原典型高寒草地生态系统土壤,通过一个交叉培养实验研究了土壤易分解有机质降低和微生物群落的温度适应对土壤呼吸的影响。


部分研究结果发现青藏高原高寒草地土壤呼吸在增温的初期显著增加,但是随着增温时间的延长土壤呼吸增加的程度又逐渐地降低 (图1)。


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图1 高寒荒漠 (DS)、高寒草原 (AS) 和高寒草甸土壤培养过程中土壤呼吸 (Rh)、土壤易分解有机质 (LC)、微生物生物量 (MB) 和微生物代谢活性 (AWCD) 的相对变化。


这种降低是由于土壤中易分解有机质含量的降低和微生物的温度适应共同导致的,这两者的对土壤呼吸降低的贡献随着土壤类型的不同而不同 (图2)。在有机质含量降低的高寒荒漠草甸土壤中,易分解有机质含量的降低是土壤呼吸降低的主要原因 (图2a)。而在有机质含量相对较高的高寒草甸和高寒草原土壤中,易分解有机质含量的降低和微生物的温度适应共同导致了土壤呼吸的降低 (图2b)。


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图2 不同培养条件下 (30%和60%WHC,5、15和25oC) 易分解有机质含量降低对土壤呼吸降低的贡献 (a) 和微生物温度适应对土壤呼吸的贡献 (b)。

▉  结论

我们的研究结果表明由于长期增温后土壤微生物对增加的温度产生适应而降低了其有机质分解活性。所以,未来气候变暖情形下由于微生物的温度适应,青藏高原高寒草地土壤碳库的损失将会显著低于预期水平,尤其是在高寒草甸和高寒草原等有机质含量相对较高的土壤中。


作者简介:
李耀明,北京林业大学草业与草原学院,讲师
主要研究领域: 微生物生态学,全球变化生态学


相关结果发表在 Global Change Biology 上

原文阅读

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcb.14734 



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