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摘要：本研究利用开顶式生长室实验研究了气候变暖对青藏高原生态系统生物地球化学循环的影响。结果表明，模拟升温显著降低了草原生态系统的功能，但对灌丛生态系统没有影响。这种差异是由于每个生态系统中存在的不同分类群对升温条件的不同反应以及它们在决定和调节生态系统功能方面的不同作用。生态系统功能的微生物维持主要依赖于细菌优势分类群和条件稀有分类群的多样性，而较少依赖于始终稀有类群和真菌分类群。此外，草原生态系统的细菌条件稀有分类群和优势分类群对气候变化条件比草原始终稀有类群更敏感，导致更明显的负多样性反应。总之，气候变暖期间生态系统功能的生物维持取决于微生物组组成以及分类群的功能和响应特征。
文 章 信 息
译名：长期变暖对草地生态系统功能的影响：条件稀有细菌类群多样性丧失的作用
发表时间：2023年06月10日
期刊IF：8.2（2023）
第一单位：西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原水土流失与旱作农业国家重点实验室
通讯单位：西北农林科技大学水土保持研究所
文 章 亮 点
1. 微生物群落对生态系统功能的影响因不同分类群而有所不同。这些分类群可分为始终稀有类群（ART）、条件稀有类群（CRT）、优势类群和总分类群，每一类群都以不同的方式影响着生态系统功能。因此，了解这些分类群中生物的功能特性对于理解它们对整体生态系统功能的贡献至关重要。
2. 气候变暖对生态系统功能的影响是实质性的，影响病害抑制、碳固存和植物生长等方面，但是以往的研究主要集中在单个功能上，如净初级生产力和碳排放，而没有包括生态系统性能的复杂性质。因此，要认识到生态系统的绩效需要多种功能之间的协同作用和权衡。
3. 多种生态系统功能的研究有助于气候变暖条件下土壤生态功能的综合预测。
文 章 简 介
1 研究意义
本研究以青藏高原高寒草甸为研究地点，调查了长期气候变暖对青藏高原两个代表性生态系统（灌丛和草地）生态系统功能的影响。通过使用开顶式生长室（OTC）进行模拟增温实验，探索了潜在的驱动因素，如植物物种多样性和土壤微生物多样性（细菌与真菌、丰富类群与稀有类群）。2 研究方法
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3 研究结果
3.1 增温对生态系统功能和个体功能的影响
增温显著降低了草地的生态系统功能（p < 0.05）（图1）。单个功能中，升温导致草地生态系统地上生物量增加，而土壤有机碳（SOC）、固碳作用、甲烷代谢、碳降解以及硫、磷和氮的循环过程减少（p<0.05）；灌丛生态系统的升温导致 BG、NAG 和 XXL 降低（p<0.05）（图S2）。![]()
3.2增温对土壤微生物多样性的影响
增温显著降低了草地生态系统中真菌和细菌的总体多样性（p < 0.05）（图2）。增温还导致了微生物优势分类群和CRT的多样性下降，而草地样本中ART的多样性未受影响（图3）。值得注意的是，增温导致了灌木生态系统中真菌ART的多样性下降（p < 0.05）（图3）。![]()
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3.3细菌或真菌多样性与生态系统功能的关系
单独的功能如土壤有机碳（SOC）、总磷（TP）、CBH、固碳作用、甲烷代谢、碳降解以及氮和磷的循环过程都与细菌优势分类群多样性的增加呈正相关（p<0.05），这些功能中的大多数也与细菌条件稀有分类群和细菌优势分类群的多样性呈正相关（p<0.05）。相反的是，BG 和 pH 与细菌多样性呈负相关（p<0.05）。真菌的总体多样性以及真菌优势分类群和条件稀有分类群与溶解有机碳（DOC）和 CBH 呈正相关。真菌优势分类群多样性的增加与碳固定和降解呈正相关。然而，真菌始终稀有类群的多样性与 CBH 和溶解性有机碳均呈负相关（p<0.05）（图 4）。
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在单阈值方法中，生态系统功能与20%、40%和60%阈值下的细菌多样性以及20%和40%阈值下的真菌多样性呈显著正相关（p < 0.05），其中在67%的阈值下，加入一种细菌物种可以增加2.168个功能，在47%的阈值，加入一个真菌物种可以增加 1.890个功能 (图5)。![]()
生态系统功能与 20%、40%、60% 和 80% 阈值下的细菌优势类群以及 20% 和 60% 阈值下的 CRT 呈显著相关。此外，ART 仅在 20%的阈值下与生态系统功能呈显著相关（p<0.05）（图 6）。在 20% 和 40% 的阈值下，生态系统功能与真菌优势类群和真菌 CRT 的多样性呈显著相关（p<0.05）。然而，在四个阈值中的任何一个阈值下，生态系统功能与真菌 ART 的多样性之间都没有发现显著关系（p>0.05）（图 6）。![]()
3.4生态系统功能的预测因子
在整合各种微生物类群的多样性和植物多样性时，模拟R2值为58.36%。结果表明，细菌亚群落在支持生态系统功能方面起着至关重要的作用，而真菌亚群落的影响较小。当考虑不同分类群的多样性时，微生物优势分类群和CRT在塑造生态系统功能方面表现出最高的贡献，与ART相比能够更好的解释对草地生态系统功能的影响（图7）。4 讨论
虽然很少有分别研究地上和地下生态系统成分的作用，但现有研究表明，它们对干扰的响应及其对生态系统功能的影响可能会有所不同。这些发现表明，土壤微生物多样性在较高水平上与生态系统功能呈正相关，而地上植物群落的多样性可能不会直接影响生态系统功能。然而，有的研究强调了维持生态系统多样性的重要性取决于地上的多样性。在我们的研究中，我们发现土壤微生物对生态系统功能的贡献比地上植物群落更大。因此，本研究的结果可以为其他生态系统和环境中进行类似的研究将提供进一步的见解。在陆地生态系统中，土壤中多种细菌的存在对生态系统功能产生重大影响，特别是对养分循环和分解等特定生态过程。大量研究已经证明了土壤细菌在这些过程中的关键作用。土壤细菌参与氮和碳循环以及铵氧化和固氮已被提出作为其对生态系统功能影响的潜在因素。这一现象可归因于细菌的代谢多功能性，包括各种营养模式，如光自养、化学自养和异养，使它们在调节生态系统功能中发挥主导作用。因此，细菌在调节生态系统功能的稳定性和弹性方面起着关键作用。与细菌相比，真菌通常对贫瘠的土壤条件表现出更高的耐受性。说明真菌优势类群的多样性对生态系统功能的巨大影响在具有最佳条件的土壤中可能不那么明显（例如在我们研究的生长季节）。结果表明，细菌优势类群和细菌CRT多样性与生态系统功能呈显著正相关，对生态系统进程具有重要的驱动作用。这与最近强调稀有微生物类群在支持生态系统功能中的重要性的研究形成对，但实际上自然生态系统通常由不同丰度、适合度和生态位利用的物种组成。优势和稀有分类群之间的相互作用会导致不同的功能特征和响应机制。我们的研究结果表明，与细菌CRT分类群相比，ART多样性对生态系统功能的影响更大。这一结论不同于以往认为稀有分类群在群落功能中起着不成比例的作用的假设。然而，稀有类群具有向优势类群转化的潜力，在气候变化过程中可以促进生态系统功能和稳定性。因此，忽视类群从稀有物种到优势物种的转变可能低估了CRT在构建微生物群落中的作用，而在评估特定环境下的群落时高估了ART的作用。5 结论
研究结果表明，长期变暖导致草原生态系统功能下降。其中，增温处理导致细菌优势类群和CRT多样性降低，是导致生态系统功能下降的主要因素。因此，了解这些有影响的分类群的属性和响应，对于预测未来气候变化情景下生物多样性丧失对生态系统服务提供的影响至关重要。此外，有必要将我们的研究扩展到其他生态系统和环境，以更广泛地了解优势分类群和CRT的属性和响应。Reference：
Wenjing Chen, Huakun
Zhou, Yang Wu, Jie Wang, Ziwen Zhao, Yuanze Li, Leilei Qiao, Kelu Chen, Guobin
Liu, Coen Ritsema, Violette Geissen, Xinrong Guo, Sha Xue. Long-term warming
impacts grassland ecosystem function: Role of diversity loss in conditionally
rare bacterial taxa, Science of The Total Environment, Volume 892, 2023, 164722.
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.164722
本期分享来自2024级草学专业硕士研究生刘月
