PS9000 | 高寒泥炭地微生物CAZymes基因和凈CO2交換對(duì)5年連續(xù)極端干旱事件的非同步響應(yīng)
高寒泥炭地是一種獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng),主要分布在高緯度地區(qū),如北極和高山地帶。它們通常是由厚厚的腐殖質(zhì)層覆蓋的濕地,其中含有大量的泥炭和水。
高寒泥炭地是凈CO2交換的重要場(chǎng)所,對(duì)于全球氣候變化的響應(yīng)非常敏感。然而,由于極端干旱的氣候條件,高寒泥炭地面臨著許多挑戰(zhàn),其生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響。
極端干旱事件下,高寒泥炭地會(huì)如何變化?接下來我們來了解一篇相關(guān)論文。
高寒泥炭地微生物CAZymes基因和凈CO2交換對(duì)5年連續(xù)極端干旱事件的非同步響應(yīng)
全球氣候模型預(yù)測(cè),未來極端干旱事件頻率會(huì)增加。極端干旱會(huì)嚴(yán)重影響陸地碳(C)庫(kù)、碳通量及碳循環(huán)過程,尤其會(huì)顯著降低陸地生態(tài)系統(tǒng)C匯強(qiáng)度,甚至將其轉(zhuǎn)化為C源。泥炭地?fù)碛芯薮蟮奶純?chǔ)量,在有效緩解溫室效應(yīng),應(yīng)對(duì)氣候變化方面發(fā)揮著重要作用。但干旱會(huì)加速泥炭地土壤有機(jī)碳分解,增加碳排放,形成正反饋效應(yīng)。然而,關(guān)于未來不斷增加的極端干旱事件下凈生態(tài)系統(tǒng)交換(NEE)變化及參與土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)分解的微生物碳水化合物活性酶(CAZymes)的功能基因尚不清楚。
基于此,中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院濕地與氣候變化研究團(tuán)隊(duì)以青藏高原東部若爾蓋國(guó)家極自然保護(hù)區(qū)高寒泥炭地(33°47′56.61′′ N,102°57′28.43′′ E,3430 m.a.s.l.)為研究區(qū)域,依托模擬極端干旱的野外控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過宏基因組測(cè)序技術(shù)、不同CO2通量組分的原位監(jiān)測(cè)和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合,旨在解決以下問題: (1)確定極端干旱處理下高寒泥炭地NEE的變化;(2)表征參與SOM分解的微生物CAZymes功能基因及分類群以及(3)評(píng)估土壤微生物有機(jī)質(zhì)分解在調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)CO2匯功能中的貢獻(xiàn)。
作者于2019年6月18日至9月25日測(cè)量了NEE和生態(tài)系統(tǒng)呼吸(Re),并利用PS-9000便攜式土壤碳通量自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)(北京理加聯(lián)合科技有限公司)測(cè)量了總土壤呼吸(Rs)和微生物呼吸(Rm)。每次極端干旱事件結(jié)束后,收集0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土壤,進(jìn)行生化分析,包括總氮(TN)、土壤有機(jī)碳(SOC)、溶解有機(jī)碳(DOC)、土壤體積含水量(SWC)、硝酸鹽(NO3-)、銨鹽(NH4+)和微生物生物量碳(MBC)。此外,還進(jìn)行了土壤樣品的DNA提取、測(cè)序文庫(kù)構(gòu)建及宏基因組測(cè)序。
【結(jié)果】
圖2 2019年不同時(shí)期極端干旱對(duì)NEE的影響。A生長(zhǎng)季早期極端干旱事件;B生長(zhǎng)季中期極端干旱事件;C生長(zhǎng)季后期極端干旱事件。
圖3 NEE與水熱因子的Pearson相關(guān)系數(shù)(n = 108)。
圖4 不同時(shí)期極端干旱后微生物(細(xì)菌和真菌)門對(duì)SOM分解微生物酶基因的貢獻(xiàn)。
【結(jié)論】
在經(jīng)歷連續(xù)5年極端干旱事件后,生長(zhǎng)季早期和中期極端干旱事件使泥炭地NEE分別平均下降48%和26% 。在早、中期極端干旱事件發(fā)生后,參與SOM分解的微生物CAZymes功能基因豐度均呈下降趨勢(shì),而在后期呈上升趨勢(shì)。參與這些分解基因的微生物群落主要來自變形菌門和放線菌門。研究指出NEE變化主要受到土壤水熱因子和生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力(GPP)的影響,與SOM酶分解基因相關(guān)性較弱。而土壤微生物呼吸與參與易降解碳分解的微生物CAZymes功能基因呈顯著正相關(guān)。這一重要發(fā)現(xiàn)增進(jìn)了人們對(duì)高寒泥炭地SOM的微生物分解潛力和生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能對(duì)極端干旱事件響應(yīng)的理解,強(qiáng)調(diào)了泥炭地生態(tài)系統(tǒng)不同層級(jí)之間CO2通量變化的復(fù)雜性,為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高寒泥炭地碳-氣候變化反饋提供了重要的科學(xué)依據(jù)。
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