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Nature Microbiology | 吴林蔚课题组发现气候变暖导致草原土壤微生物多样性的减少

2022-06-21 来源:

      

2022年6月13日,北京大学城环学院生态研究中心吴林蔚研究员以第一作者在Nature Microbiology在线发表题为“Reduction of microbial diversity in grassland soil is driven by long-term climate warming”的研究论文。该研究依托美国俄克拉荷马大学周集中教授(论文通讯作者)建立的气候变化多因子控制实验平台,探究了增温、降雨改变、刈割对草原土壤微生物多样性及生态系统功能的影响。研究表明,增温显著降低了土壤细菌(9.6%)、真菌(14.5%)和原生生物(7.5%)的物种丰富度,这主要与土壤湿度下降导致的选择作用有关。研究还发现微生物生物多样性与总初级生产力和微生物生物量等生态系统功能正相关,表明气候变暖引起的微生物多样性丧失可能会对生态系统功能产生消极影响。

a,样地实验设置。b-d, 增温、降雨量改变和剪草处理对微生物物种丰富度(b)、系统发育多样性(c)和生物量(d)的影响。

生物多样性对维持陆地生态系统的功能至关重要。已有的研究表明,气候变化导致了从地方到全球范围内的植物和动物多样性丧失。然而,与植物和动物相比,我们对气候变化如何影响地下微生物多样性知之甚少,气候变暖是否会导致土壤微生物多样性的增加或丧失?其影响的潜在机制是什么?这些问题的答案仍不明确。为回答上述问题,该研究利用长期野外实验平台,考察了2009年至2016年连续7年的多因子控制实验中土壤微生物多样性及环境因子、生态系统功能的变化。结果表明,土壤细菌、真菌和原生动物的多样性和生物量在增温处理下显著减少,且增温效应与降水和刈割的处理基本无关。进一步的研究表明,微生物多样性的变化主要是由增温引起的土壤微气候和理化因子(如土壤湿度和pH值)的改变驱动的。值得注意的是,增温对各类微生物有着不同的影响:可形成孢子的细菌在增温下更具生长优势。因此,增温导致微生物多样性丧失的机制可能涉及微生物的适应性特征、更激烈的物种竞争和环境选择作用。此外,微生物多样性与相关的生态系统功能存在明显的正向关系,表明变暖引起的微生物多样性变化影响了生态系统功能。

该研究对预测气候变化的生态后果和生态系统管理有重要意义。在未来气候变化情景下,生态系统的微生物多样性减少,且伴随着更快的物种更替率,相关的生态系统功能和服务可能会变得更加脆弱。由于变暖对微生物多样性的影响主要是通过土壤湿度的降低来发挥作用,预计变暖引起的微生物多样性减少在干旱区(drylands, 即干旱、半干旱和干旱-半湿润的生态系统)可能比湿润地区更为严重,这些地区占地球陆地面积的41%。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41564-022-01147-3

 

 

 

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