一年内两篇Nature子刊！西北农林科技大学“国家杰青、优青”团队博士第一作者发表农业土壤微生物群落研究方面的新进展
学术
2025-01-04 23:25
英国
土壤是陆地生态系统功能的基础，通过提供必需的养分和生长介质来支持植物生命。此外，土壤储存了大量的碳，并且超过50%的全球陆地生物多样性与土壤相关联。土壤提供的许多生态系统功能至关重要，与气候调节、农业的可持续管理及人类健康紧密相连。土壤在支持农业生产方面的作用尤其关键，它们通过调控水分、支持养分循环和储存碳来维持长期的土壤肥力，所有这些都直接影响农业生产。目前，全球变化不断加剧，包括人为干扰和气候变化，改变了土壤生物群的结构并扰乱了主要元素的生物地球化学过程。例如，实验性升温已被证明会重塑土壤微生物群落结构，导致土壤CO2排放量大幅增加，这一过程可能会促进土壤碳-气候正反馈。到目前为止，关于生态抵抗力的研究大多集中在表层土（如0-20厘米）上，而很少有研究关注下层土（地下20厘米以下）。下层土几乎储存了陆地生态系统中一半的碳、氮和磷营养物质库存，并包含大量的微生物多样性，这对支持生态系统服务和可持续性至关重要。全球变化因素，比如变暖和干旱，不仅会影响表层土，还会对下层土造成显著影响，这往往被忽视。预测表明，在代表浓度路径8.5的情景下，到二十一世纪末，世界土壤在1米深度内预计将升温4.5±1.1°C。而且，随着全球变化的发展，下层土可能会经历更多的人为干扰。深耕做法可能导致肥料和污染物从表层土渗漏并在下层土中积累，从而引起下层土条件的重大变化。这种对下层土潜在的更大影响强调了理解和比较两层土壤对全球变化因素响应的重要性。由于食物系统依赖稳定的土壤环境以保持产量，揭示下层土的生态稳定性对于维持农生态系统的长期可持续性至关重要。2025年1月3日，国际权威学术期刊Nature Food发表了西北农林科技大学生命科学学院韦革宏教授团队的最新相关研究成果，题为Agricultural subsoil microbiomes and functions exhibit lower resistance to global change than topsoils in Chinese agroecosystems的研究论文。彭子恒博士为该论文的第一作者，焦硕教授为论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学优秀青年基金、国家自然科学联合基金和中央高校基础研究基金等项目的资助。
生态学的一个主要目标是研究物种的损失和获得如何影响生态稳定性和生态系统服务的提供。越来越多的经验和理论研究表明，物种多样性促进了生态系统的稳定，并增强了生态系统对环境扰动的抵抗力。不同物种对不同类型环境变化的敏感性和适应性存在差异，这解释了为什么多样性可以增强稳定性。土壤生物多样性和抵抗力的下降可能会削弱农业生态系统对全球变化的抵抗力，特别是在较深的土壤层中，这里关于生物多样性对生态系统抵抗力的影响仍然了解甚少。研究人员进行了一项微宇宙实验，以确定在中国40个农业生态系统中，下层土是否对全球变化更为敏感，并结合了多项全球变化因素实验和现场原位研究。研究人员发现，相较于表层土，下层土在物种多样性、群落组成、微生物网络复杂性和生态系统功能方面表现出更大的波动，这表明底土对全球变化的抵抗力较低。土壤生物多样性是生态系统抵抗力的主要驱动因素，超越了气候和土壤参数的影响。一个互惠的微生物移植实验显示，从表层土分离出的微生物比来自下层土的微生物对全球变化具有更强的抵抗力。研究人员的结果表明，下层土生态系统对全球变化敏感，强调了在预测环境条件变化下的农业可持续性和作物生产力时考虑下层土的重要性。![]()
