?
自工業(yè)革命以來,人類活動(dòng)導(dǎo)致大量溫室氣體(主要為CO2)排放,可能加速氣候變暖并對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。氣候變化可能導(dǎo)致冰川消融和海平面上升,增加極端氣候發(fā)生頻率,降低糧食產(chǎn)量,減少物種多樣性。新近研究還表明氣候變化可能是加重我國北方霧霾爆發(fā)的重要原因之一。全球氣候變化如何影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能以及生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的反饋機(jī)理是當(dāng)今科學(xué)界面臨的重大挑戰(zhàn)。陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳庫碳儲(chǔ)量約為大氣中的三倍;全球變化因子如何影響土壤有機(jī)碳含量對(duì)于預(yù)測未來大氣CO2濃度及氣候變化至關(guān)重要。迄今為止,科學(xué)界對(duì)于全球變化因子如何影響土壤特別是底層土壤有機(jī)碳分解機(jī)制知之甚少。
?
程磊教授實(shí)驗(yàn)室通過一長期野外田間實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)增溫能夠顯著促進(jìn)草原生態(tài)系統(tǒng)底層土壤有機(jī)碳分解?;?sup>14C分析基礎(chǔ)上,通過結(jié)合Arrhenius 公式和Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)方程,實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了一個(gè)新的理論模型,來評(píng)估土壤中不同年齡的有機(jī)碳對(duì)氣候變化的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)深層土壤中的高齡碳(>100年)在長期增溫條件下表現(xiàn)得非常易損。同時(shí),通過耦合穩(wěn)定同位素探針(SIP)技術(shù)與二代測序和功能基因組學(xué),發(fā)現(xiàn)增溫提高土壤微生物中參與有機(jī)物質(zhì)分解的各類功能基因豐度,改變以功能基因組為指標(biāo)的微生物群落結(jié)構(gòu)。此外,實(shí)驗(yàn)室通過全球尺度上數(shù)據(jù)整合分析,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)增溫對(duì)底層土壤與表層土壤有機(jī)碳分解均有促進(jìn)作用。本研究首次闡述了增溫條件下微生物調(diào)控底層土壤老有機(jī)碳分解的機(jī)制;研究結(jié)果也表明氣候變化可能威脅深層土壤中的有機(jī)碳穩(wěn)定性,促進(jìn)碳循環(huán)與氣候變化之間正反饋效應(yīng)的形成。
?
該研究與來自俄克拉荷馬大學(xué)、密歇根州立大學(xué)等機(jī)構(gòu)的相關(guān)科學(xué)家合作完成,研究成果于2017年4月21日在線發(fā)表于國際著名微生物學(xué)期刊《The ISME Journal》?!禝SME J》為自然旗下微生物生態(tài)專業(yè)子刊,2016年期刊平均影響因子IF5=10.728。浙江大學(xué)為本文第一作者單位和第一通訊作者單位,俄克拉荷馬大學(xué)為共同通訊作者單位。程磊教授實(shí)驗(yàn)室博士生張乃方和肖?為論文主要作者之一。博士生肖?基于土壤有機(jī)碳溫度敏感性建立了一個(gè)新的土壤碳庫劃分理論模型,進(jìn)而估算升溫對(duì)不同年齡層次的碳降解的效應(yīng);博士生張乃方通過數(shù)據(jù)整合分析,將增溫條件下微生物調(diào)控的土壤有機(jī)質(zhì)分解效應(yīng)在全球尺度上進(jìn)行拓展;相關(guān)研究成果對(duì)于我們預(yù)測陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)未來氣候變化響應(yīng)具有一定的理論和實(shí)踐意義。
?
L Cheng, N Zhang, M Yuan, J Xiao, Y Qin, Y Deng, Q Tu, K Xue, JD Van Nostrand, L Wu, Z He, X Zhou, MB Leigh, KT Konstantinidis, EAG Schuur, Y Luo, JM Tiedje and J Zhou.Warming enhances old organic carbon decomposition through altering functional microbial communities. ISME J, DOI: 10.1038/ismej.2017.48 (2017).
?
網(wǎng)頁鏈接:https://www.nature.com/ismej/journal/vaop/ncurrent/full/ismej201748a.html