mLife|气候变暖重塑草地土壤微生物群落的季节动态变化

  • 时间:
  • 来源:中国生物技术网

清华大学环境学院郭雪博士和美国俄克拉荷马大学合作者的文章“Climate warming restructures seasonal dynamics of grassland soil microbial communities”于2022年9月15日在mLife 正式上线。该研究团队利用野外增温实验研究了温带草地土壤微生物群落响应气候变暖的季节性动态变化规律,发现增温环境下的土壤微生物群落与对照组之间的差异随季节非线性增大,且增温同时增强了不同季节(尤其是寒冷季节)微生物网络的复杂性和稳定性。

背景介绍

近20年来,围绕土壤微生物响应气候变暖的机制开展了大量研究,极大地丰富了我们对于土壤微生物群落变化和调控碳氮循环功能的认识。地球陆地生态系统的大部分区域都受到季节变化的影响,但是目前人们对于气候变暖条件下土壤微生物的季节性演变仍然所知甚少。

科学发现

该团队分析了长期增温条件下温带草地生态系统一年内逐月的土壤微生物群落,发现增温显著(p = 0.001)改变了土壤微生物群落结构(图1A),导致增温环境下的土壤微生物群落与对照组的差异随季节呈非线性增加(R2 = 0.578, p = 0.021)。在夏季,增温环境下的土壤微生物群落与对照组之间的差异最小,而在温度更低的春季和冬季其与对照组之间的微生物群落差异增大(图1B)。同时,微生物群落的分散性(dispersion)也在增温条件下显著增大(图1C)。图1 增温改变土壤微生物群落季节性变化。增温改变微生物群落结构(A),导致微生物群落变异随季节增大(B)并增强了群落的分散性(C)基于随机矩阵理论的方法,构建了增温和对照条件下不同季节和全年的微生物分子生态网络。所有这些微生物网络均表现出无标度和小世界特征,网络链接的分布与网络规模无关。分子生态网络分析表明,在不同季节增温都不同程度地增加了微生物网络的复杂性(图2A),导致网络节点数、连接性、连接度、平均聚集系数、相对模块性等网络拓扑学参数增大(图2B)。尽管不同季节微生物网络的大小和复杂性存在较大差异,但比较不同季节发现,在温度更低的季节增温对微生物网络结构的影响程度要明显高于温暖的夏季。图2 增温影响微生物群落网络结构。增温增强不同季节微生物网络的复杂性(A),导致网络相关拓扑学指标增大(B)

总结展望

该研究结果证明气候变暖重塑温带草地土壤微生物群落的季节性动态变化,导致冬季土壤微生物群落结构和网络结构对增温产生更大的响应。随着时间的推移,这种季节性响应可能会改变土壤群落物候和相关功能,并对陆地碳循环产生影响。这些土壤微生物群落季节动态的信息对于预测全球碳循环过程具有重要指导意义。

扫码或点击文章左下角查看英文原文

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mlf2.12035引用本论文:Guo X, Yuan M, Lei J, Shi Z, ZhouX, Li J, et al. Climate warming restructures seasonal dynamics of grassland soil microbial communities. mLife. 2022.https://doi.org/10.1002/mlf2.12035