气候变化诱导的植被群落转变往往伴随着碳氮资源输入的变化,最终影响土壤微生物。然而,气候和植被变化对土壤微生物群落组成和生态功能的影响仍存在争议,其潜在机制尚未明确。
沈阳生态所土壤化学组研究团队以中国内蒙古东部大兴安岭西北麓的森林草原过渡带为研究对象,选取年均温增加(MAT, -3.9℃~ -2.5℃)且年降水降低(MAP, 459mm ~ 371mm)的气候梯度下的6个样点,植被类型由落叶松林→落叶松白桦混交林→白桦林→草甸草地演变(图1)。测定了土壤基本理化性质,植被特征以及基于多种生理和系统发育性状预测了微生物r-策略的优势地位,包括r-/ K-策略微生物相对丰度比值、16SrRNA基因操纵子平均拷贝数(rrn)、腐生菌根/外生菌根真菌比、水解简单(纤维素二糖和低聚糖)和复杂(纤维素和蛋白质)有机化合物酶活性的化学计量比。研究发现,与森林相比,草地生态系统中植物凋落物质量更高,土壤有机碳库中的活性碳比例更大,微生物群落r-策略占主导地位。在森林生态系统中,随着纬度降低气候变暖,植被从针叶林转变为阔叶林,凋落物输入土壤中的不稳定碳含量增加,刺激了r-策略微生物活性。在草地生态系统中,随着由北向南气候暖干化,可用性碳和氮含量下降,微生物群落向K-策略主导转变。这项研究表明,在未来气候逐渐变暖的情景下,森林生态系统中土壤微生物群落逐渐转向r-策略主导,从而面临碳损失的潜在风险;而在草原生态系统中,土壤微生物群落具有K-策略倾向,可能会降低碳损失的风险(图2)。
上述结果以“Ecological strategies of soil microbes along climatic gradients: contrasting patterns in grassland and forest ecosystems”为题于2024年5月在线发表在Plant and Soil上。土壤化学组博士研究生党宁为论文第一作者,李慧研究员为通讯作者,沈阳生态所王正文研究员、地理科学与资源研究所徐丽副研究员、河北大学姜勇研究员、刘贺永校聘研究员,沈阳生态所研究生吴辉、王聪、马锐骜为共同作者。本研究得到国家自然科学面上基金项目(32171568, 42230515和32101320)等的资助。
论文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-024-06697-5
图1 森林-草地过渡带采样点的位置(蓝色圆圈)以及样点年均温(MAT)和年降水(MAP)数据
图2 森林-草地样带土壤微生物生态策略的变化及其潜在机制