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我校团队在Nature Communications上发表论文:揭示全球变化对土壤微生物多样性的影响机制

日期:2020-06-18 发布单位:林学院 文字:金鹰
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近日,我校林学院生态研究中心王传宽教授团队在全球变化研究领域研究中取得新进展,在国际著名学术期刊《Nature Communications》上发表了题为“Meta-analysis of the impacts of global change factors on soil microbial diversity and functionality”的研究论文。《Nature Communications》是Nature出版集团旗下的国际顶级综合性学术期刊,影响因子11.9。我校青年学者周正虎教授为本文第一作者、王传宽教授为本文通讯作者。

气候变暖、大气二氧化碳浓度升高、降水格局变化、氮沉降、土地利用变化等一系列全球变化因子正严重威胁着生态系统,导致动植物物种灭绝速度持续增加,后果令人担忧。土壤微生物几乎参与了所有的陆地生态系统生物地球化学循环过程,在维持植被生产力、维护土壤系统健康、提供生态系统服务功能等方面起着不可替代的作用。然而土壤微生物种类极其丰富、结构极其复杂,1克土壤中含有几亿甚至几十亿个微生物个体,这给土壤微生物多样性研究带来了巨大困难和挑战。因此,有关全球变化对土壤微生物多样性影响的研究远远落后于对动植物多样性的研究。面对不断加剧的全球变化,土壤微生物是否和动植物一样会大量灭绝?土壤微生物多样性变化的主要驱动因子是什么?这种变化与生态系统功能的关系如何?这些问题一直困扰着生态学基础研究者和从事生物多样性保护的实践者。

该团队整合分析来自全球40多个国家的1235个全球变化控制实验研究发现,与对动植物多样性的影响不同,全球变化并没有威胁到土壤微生物多样性。气候变暖、大气二氧化碳浓度升高、降水变化等全球变化因子,并不会改变土壤微生物的丰富度;土地利用将结构复杂多样的森林转变为简单的农田时,土壤微生物多样性甚至会显著增加。进一步分析发现,全球变化对土壤微生物多样性的影响主要是通过改变土壤pH驱动的。也就是说,如果某个全球变化因子使土壤pH降低,土壤微生物多样性将随之降低;反之,土壤微生物多样性将随之增加。

该研究还发现,全球变化引起的土壤微生物生态系统功能的变化主要与微生物生物量及其群落结构相关,而与微生物多样性变化的关系并不显著;这与动植物多样性的研究结果明显不同。引起这种现象的主要原因是,微生物群落具有极高的多样性,不同微生物物种之间存在很强的功能重叠和冗余,使得某些微生物种类的灭绝并不能威胁到整个土壤生态系统功能。总之,该研究所揭示的全球变化对土壤微生物多样性影响的规律不同于科学界已经熟知的宏观生态学规律,该成果为科学评估全球变化对土壤微生物多样性的影响以及制定相应的生物多样性保护政策提供了理论依据。

图1土壤微生物多样性对全球变化对的响应

图2全球变化对土壤微生物多样性的影响机制

论文下载网址:http://www.nature.com/articles/s41467-020-16881-7

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