《南京土壤所研究揭示气候变化将导致土壤微生物多样性升高》

  • 来源专题:长江流域资源与环境知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: changjiang
  • 发布时间:2018-11-14
  • 文章来源:南京土壤研究所 作者: 发布时间:2018-10-30 打印   自1979 年第一次世界气候大会以来,科学家们一直致力于从过去气温和降水的变化,动物和植物的消失和演替中寻找证据,以预测气候变化所带来的影响。微生物是养分元素循环的“转换器”、环境污染的“净化器”、陆地生态系统稳定的“调节器”,时刻影响着人类的生存、生活与发展。气候变化也必将影响我们脚下的息息相关的微生物。  青藏高原是世界上海拔最高、面积最大、最年轻的高原生态系统。近几十年来,青藏高原冰川消退速度加快,冻土不断消融,动植物多样性丢失,已成为全球气候变化的敏感区。在这种气候变化背景下,青藏高原土壤中微生物将如何响应,是否可以预测未来微生物多样性的变化?为了回答这个科学问题,南京土壤研究所褚海燕课题组时玉博士与北京大学科研队伍踏上青藏高原这片雪域高原,进行了为期两个月样品收集,并对土壤微生物进行了高通量测序。该课题组与加州大学、芝加哥大学以及科罗拉多大学合作,利用种群分布模型预测了气候变化背景下青藏高原土壤微生物多样性变化趋势。研究发现,过去的气候(50 年前)能更好地预测现在的土壤微生物多样性;进一步利用现在的气候预测未来的微生物多样性,发现青藏高原大多数地区在未来几十年后土壤微生物多样性将呈现增加趋势。为了验证预测的可靠性和普适性,研究者同时预测了北美洲未来土壤微生物多样性的变化,发现相似的变化趋势。  该研究在国际上首次在大的空间尺度上预测未来土壤微生物多样性的变化。研究结果表明,气候变化对地下微生物的影响不仅在当代而且在未来,进而对陆地生态系统功能演变也将产生深远的影响。文章发表的同时,美国微生物学会在其主页进行了的新闻发布

相关报告
  • 《研究揭示森林转变对土壤微生物β多样性的影响》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-05-20
    • 土地利用方式改变所造成的微生物β多样性降低是微生物群落组成“空间同质化”现象,这会影响微生物群落功能的完整性,减弱土壤生态系统对全球变化的抗干扰能力。因此,评估土地利用方式改变对生态系统结构和功能的影响,尤其是对生物多样性的影响,是当今亟待解决的重大生态环境问题。天然林转变为人工林土壤微生物β多样性的影响及其驱动机制尚不明确。目前,天然林转变为其他土地方式的研究主要集中在亚马逊热带森林转变成较单一的农田,且其对土壤微生物β多样性的影响尚存争议,更为重要的是相关研究没有考虑季节变异的影响。因此,研究森林转变对土壤微生物β多样性的影响及其季节变异特征有助于人们理解微生物对干扰响应的时间依赖性。 有鉴于此,中国科学院沈阳应用生态研究所王清奎研究团队的博士研究生刘圣恩依托中国科学院会同森林生态实验站开展了相关研究,分别在夏季和冬季采用嵌套采样的方式采集了常绿阔叶林和杉木人工林表层土壤,探讨森林转变对土壤细菌和真菌β多样性的影响及其驱动机制。结果显示微生物群落结构的差异随样点间的距离增加而变大,且微生物β多样性对干扰的响应具有季节变化特征,表现为夏季常绿阔叶林土壤中细菌和真菌的β多样性均高于杉木人工林,而冬季相反;天然林转变为杉木人工林提高了随机过程在局域尺度上对细菌和真菌多样性的作用,在夏季环境过滤对真菌作用较强,而在冬季对细菌作用较强;结合理论模型和该研究结果,研究人员提出了森林生态系统表层土壤微生物次生演替过程中“随机过程/决定性过程”变化的概念模型。 以上研究成果以Forest conversion induces seasonal variation in microbial β-diversity 为题发表在Environmental Microbiology 中,刘圣恩为第一作者,王清奎为通讯作者。相关工作得到了中国科学院战略性先导科技专项(B类)、国家基金委项目和国家重点研发计划等项目的支持。
  • 《南京土壤所揭示土壤微生物群落稳定性、多样性与作物产量的关系》

    • 来源专题:农业立体污染防治
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2020-11-25
    • 土壤微生物调控土壤养分循环过程与植物生产力,是土壤健康的重要指标。在农业生态系统中,土壤微生物群落(细菌、真菌、线虫等)以多营养级微食物网形态共存,尤其在根-土界面(根际微环境)中发挥着重要作用,直接或间接地影响作物健康和产量。深入研究土壤微生物群落稳定性、多样性影响作物产量的作用机制可为农业可持续性发展提供科学依据。 近年来,南京土壤研究所研究员褚海燕团队分别在安徽蒙城长期定位施肥试验站(35年)和华北平原大尺度(~300,000 km2)典型农田生态系统中对多营养级微生物群落与产量的关系进行了系统研究。长期定位试验发现,单施化肥显著降低微生物群落稳定性,并增加植物潜在致病菌的丰度;化肥配施有机肥(例如牛粪)显著提高土壤微生物群落的稳定性,并减少植物潜在致病菌的丰度,提高了作物产量。同时,结合土壤微食物网理论与多营养级生态网络分析,发现并验证了多营养级关键微生物菌群多样性对维持土壤功能潜力和作物产量的重要性。其中,关键微生物菌群包含了较多的与作物生长息息相关的功能微生物如固氮菌、光合菌、解磷菌等,具有更多参与氧化还原反应和碳、氮、磷、硫元素循环的功能基因。这一发现在华北平原大尺度典型农田生态系统中得到进一步验证,并且在同时考虑空间尺度和环境因素的条件下,关键微生物集群与土壤功能潜力和植物生产力的密切相关性仍然是稳定的。 该研究揭示了我国典型农田生态系统中微生物群落稳定性和多样性在维持土壤功能和作物产量方面的重要作用,对于深入认知土壤生物对土壤养分循环过程的调控机制具有重要的科学意义;同时也为靶向分离纯培养特定关键微生物菌群从而提高农田作物生产力提供了科学参考。