近日，东北林业大学生态学院周正虎教授在Nature Communications上发表了题为“The biogeography of soil microbiome potential growth rates”的研究论文。该研究运用了18O同位素追踪技术，探索了微生物生长速率的地理分布特点，并基于微生物特性建立起了微生物特性和生理功能之间的广泛联系。这项成果有助于深化我们对土壤微生物生命周期策略及它们对土壤有机碳-气候变化反馈机制的认识。值得注意的是，这已经是周正虎教授本年度第三次在Nature Communications发表研究论文。
该研究基于覆盖全国范围（纬度18.4°至53.3°N，经度81.2°至129.0°E）的土壤样本调查，涉及中国典型的草原和森林生态系统。通过使用18O同位素追踪方法测量微生物生长速度，同时利用扩增子测序技术评估土壤中真菌和细菌的群落结构，研究团队进一步分析了气候条件、土壤性质、微生物化学计量、群落结构及基因组特征对微生物生长速率的影响。
研究结果显示，在森林生态系统中，土壤微生物的生长速率普遍高于草原生态系统。具体而言，北方森林和高山森林的土壤微生物生长速率最高，而沙漠草原地区的则最低。研究还指出，随着年平均气温的升高，土壤微生物的生长速率显著下降，这一现象支持了宏观生态学中的纬度/温度补偿理论，即来自寒冷生态系统的土壤微生物通过加速生长速率来弥补低温和较短生长季节带来的不利影响。此外，湿润区域的土壤微生物生长速率明显快于干旱区域，这反映了生长速率与干旱耐受性之间的平衡关系。
关于气候对土壤微生物生长速率的影响，研究发现，在寒冷且湿润、富含有机碳和营养物质的酸性或中性土壤中，微生物群落的生长速率更快。相反，在干燥和高温、土壤盐分高的环境中，微生物群落的生长速率较低。这些发现与宏观生态学中的纬度/温度补偿理论、生长与压力生存之间的权衡关系以及生长速率理论相符，表明低资源可用性和高环境压力会抑制微生物的生长速率，这与高产出-资源获取-压力抵抗的生活史策略三角形假设相吻合。作为土壤碳循环模型中的关键参数之一，微生物生长速率对于理解土壤碳循环至关重要，本次大规模研究为相关模型提供了重要的微生物生理基准数据。
土壤微生物生长速率生物地理格局的模式图
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。
此外，周正虎教授今年6月在Nature Communications发表的论文“Global turnover of soil mineral-associated and particulate organic carbon”，首次绘制了全球土壤矿物结合态和颗粒态有机碳储存量和周转率的地图，并开发了一个新的土壤碳循环模型，包括两种功能性成分，为增加土壤有机碳储存量和促进“碳中和”目标提供了重要的科学依据。
周正虎教授2024年7月发表的论文“Thermal sensitivity of soil microbial carbon use efficiency across forest biomes”，揭示了土壤微生物碳利用效率的可塑性和对温度的敏感性如何影响土壤有机碳对全球变暖的响应，证明了在适宜的气候条件下，具有气候适应性的微生物群落能通过提高碳利用效率有效减少对土壤有机碳的分解和释放。
