Nature Communications三连发！东林和西农联合发表论文揭示土壤碳循环的微生物机制

文摘 2024-11-04 13:36 广东

来源：生态与地理速报（2024年11月3日）

2024年11月2日，东北林业大学周正虎教授在Nature Communications上发表了题为“The biogeography of soil microbiome potential growth rates”的研究论文，采用¹⁸O同位素示踪技术揭示了微生物生长速率的生物地理格局，并从微生物性状角度出发建立了微生物性状和生理之间的普适关系。研究结果有助于提高我们对土壤微生物生活史策略以及微生物介导的土壤有机碳-气候变化反馈的理解。论文第一作者为东北林业大学生态学院周正虎教授，通讯作者为西北农林科技大学农学院任成杰教授。

本研究以全国尺度的土壤调查为基础(纬度变化范围为18.4°至53.3°N，经度变化范围为81.2°至129.0°E)，涵盖了我国典型的草地和森林生态系统。采用¹⁸O同位素示踪技术测定微生物生长速率，扩增子测序量化了土壤真菌和细菌群落结构，同步探讨气候、土壤属性、微生物化学计量、微生物群落结构和基因组性状对微生物生长速率的影响。

结果发现：森林生态系统土壤微生物生长速率普遍高于草地生态系统。北方森林和高山森林土壤微生物生长速率最快，荒漠草地土壤微生物生长速率最慢。土壤微生物生长速率随着年平均温度的增加而显著降低，支持了宏观生态学中的纬度/温度补偿假说。表明来自寒冷生态系统的土壤微生物通过提高生长速率补偿低温和短生长季环境。此外，湿润地区土壤微生物生长速率要显著高于干旱地区的土壤微生物生长速率，支持了生长和干旱抗性之间的权衡关系(图1)。

图1 气候对土壤微生物生长速率的影响

寒冷潮湿地区资源丰富(高有机碳和养分)的酸性/中性土壤中的微生物组表现出较快的生长速率。相反，干旱和炎热地区高盐土壤中的微生物组展示出较慢的生长速率。土壤微生物生长速率沿气候、土壤和资源梯度的变化格局与宏观生态学中的纬度/温度补偿假说、生长和压力生存之间的权衡以及生长速率假说相一致。低资源可用性和高环境压力会降低微生物生长速率，支持了高产-资源获取-压力抵抗生活史策略权衡三角。微生物生长速率是土壤碳循环微生物模型中的一个关键参数，我们的大尺度研究为微生物模型提供了一套关键的微生物生理基准(图2)。

图2 土壤微生物生长速率生物地理格局的模式图

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-53753-w

这是2024年东北林业大学周正虎教授和西北农林科技大学任成杰教授围绕土壤碳循环的微生物机制领域在Nature Communications发表的第三篇文章，另外两篇文章如下：

2024年6月的文章题目为“Global turnover of soil mineral-associated and particulate organic carbon”，首次构建了土壤矿物结合有机碳和颗粒有机碳储量和周转的全球图谱，并研发了包含两种功能组分的土壤碳循环新模型，为提升土壤有机碳储量，助力“碳中和”提供重要科学依据。https://www.nature.com/articles/s41467-024-49743-7

2024年7月的文章题目为“Thermal sensitivity of soil microbial carbon use efﬁciency across forest biomes”，发现土壤微生物碳利用效率的可塑性及其温度敏感性改变了土壤有机碳对气候变暖的反馈，证实气候适应性微生物群落在相应的有利气候条件下可以通过提高碳利用效率来有效的降低其对土壤有机碳的分解释放。https://www.nature.com/articles/s41467-024-50593-6

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“看见土壤”在芝山

Rainer Horn 博士，德国基尔大学教授，世界著名土壤物理学家。现任中-欧土地和土壤合作专家组委员，曾任世界土壤联合会(IUSS)主席，IUSS土壤物理委员会、土壤技术委员会以及第三工作组主席、土壤耕作研究组织主席、德国土壤学会主席等土壤学术组织重要职位。Horn教授在不饱和土壤力学理论创新和应用、土壤物理多尺度过程、土壤力学与水力学、物理化学和生物学等多学科交叉研究等方面取得巨大成就，并成功应用于指导固废处理、地质工程安全以及电缆地下埋藏等社会经济多方面。发表100余篇期刊论文，数十部土壤学专著以及数百篇技术报告，荣获美国土壤学会、美国农学会会士，罗马尼亚、波兰、德国土壤学会以及国际土壤耕作研究组织等学术团体先后授予Horn教授荣誉会员称号。

该书由赵英博士和张斌博士组织，邀请了诸多从事土壤物理研究的中青年工作者共同翻译。他们花费很大精力把该教材引进国内，可使更多的科研人员系统了解土壤物理学，对推动我国土壤物理学的发展意义重大。

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