高寒泥炭地微生物CAZymes基因和凈CO2交換對極端干旱的非同步響應

PS9000 | 高寒泥炭地微生物CAZymes基因和凈CO2交換對5年連續極端干旱事件的非同步響應

高寒泥炭地是一種獨特的生態系統，主要分布在高緯度地區，如北極和高山地帶。它們通常是由厚厚的腐殖質層覆蓋的濕地，其中含有大量的泥炭和水。

高寒泥炭地是凈CO₂交換的重要場所，對于全球氣候變化的響應非常敏感。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，其生態系統的健康和穩定性受到嚴重影響。

極端干旱事件下，高寒泥炭地會如何變化？接下來我們來了解一篇相關論文。
 

高寒泥炭地微生物CAZymes基因和凈CO₂交換對5年連續極端干旱事件的非同步響應

全球氣候模型預測，未來極端干旱事件頻率會增加。極端干旱會嚴重影響陸地碳（C）庫、碳通量及碳循環過程，尤其會顯著降低陸地生態系統C匯強度，甚至將其轉化為C源。泥炭地擁有巨大的碳儲量，在有效緩解溫室效應，應對氣候變化方面發揮著重要作用。但干旱會加速泥炭地土壤有機碳分解，增加碳排放，形成正反饋效應。然而，關于未來不斷增加的極端干旱事件下凈生態系統交換（NEE）變化及參與土壤有機質（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，中國林業科學研究院濕地與氣候變化研究團隊以青藏高原東部若爾蓋國家級自然保護區高寒泥炭地（33°47′56.61′′ N，102°57′28.43′′ E，3430 m.a.s.l.）為研究區域，依托模擬極端干旱的野外控制實驗平臺，通過宏基因組測序技術、不同CO₂通量組分的原位監測和室內試驗相結合，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）評估土壤微生物有機質分解在調節生態系統CO₂匯功能中的貢獻。
 

作者于2019年6月18日至9月25日測量了NEE和生態系統呼吸（Re），并利用PS-9000便攜式土壤碳通量自動測量系統（北京理加聯合科技有限公司）測量了總土壤呼吸（Rs）和微生物呼吸（Rm）。每次極端干旱事件結束后，收集0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土壤，進行生化分析，包括總氮（TN）、土壤有機碳（SOC）、溶解有機碳（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，還進行了土壤樣品的DNA提取、測序文庫構建及宏基因組測序。
 

【結果】
 

圖2 2019年不同時期極端干旱對NEE的影響。A生長季早期極端干旱事件；B生長季中期極端干旱事件；C生長季后期極端干旱事件。
 

圖3 NEE與水熱因子的Pearson相關系數(n = 108)。
 

圖4 不同時期極端干旱后微生物（細菌和真菌）門對SOM分解微生物酶基因的貢獻。

【結論】

在經歷連續5年極端干旱事件后，生長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生后，參與SOM分解的微生物CAZymes功能基因豐度均呈下降趨勢，而在后期呈上升趨勢。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系統總初級生產力（GPP）的影響，與SOM酶分解基因相關性較弱。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。這一重要發現增進了人們對高寒泥炭地SOM的微生物分解潛力和生態系統碳匯功能對極端干旱事件響應的理解，強調了泥炭地生態系統不同層級之間CO₂通量變化的復雜性，為準確預測高寒泥炭地碳-氣候變化反饋提供了重要的科學依據。
 

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