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在旱地环境,土壤微生物呼吸适应环境温度变化

作者:Marina Dacal来源:Nature

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异养土壤微生物进行呼吸,碳C从土壤向大气转移是主要过程之一,对温度短期敏感。然而,这种灵敏度如何受到长期热状态的影响尚不确定。

人们期望土壤微生物的呼吸速率能适应周围的热环境,但这种适应是否会放大或降低对温度波动的呼吸敏感性仍然没有定论。

这一理解上的差距在旱地尤为明显,因为迄今为止进行的大多数研究都集中在湿地系统。

一项由CSIC参与的国际研究发现,干旱土壤微生物群呼吸向大气排放的二氧化碳随着该地区平均温度的升高而减少。

研究人员使用来自全球110个旱地的土壤样本进行了繁殖研究,这些旱地的平均年温度梯度很大。

在控制基质消耗和微生物量的同时,研究人员测试了年平均温度如何影响三个测定温度下的土壤呼吸速率。

在三个分析温度中,平均微生物生物量下的土壤呼吸速率在年平均温度较高的地区较低。观察到的模式与酶在不同热状态下结构和功能的预期进化平衡一致。

这一发现显示了微生物对土壤温度的适应性,并有助于理解这一过程如何减少微生物的二氧化碳呼吸排放,从而减少它们对全球变暖的影响。研究结果发表在《自然生态学与进化》杂志上。

参与这项研究的的研究员Cesar Plaza说:“这项研究表明,温度对土壤呼吸的影响可以通过各种机制,包括微生物的热适应,随着时间的推移而平滑。”

研究人员认为,全球变暖将对地球的干旱地带产生特别的影响。”在这项工作重点放在干旱地区,因为干旱地区占地球表面的45%以上。

在这项工作中,研究人员利用分布在除南极洲外所有大陆的100个地点组成的全球网络分析了土壤呼吸的热适应,覆盖了平均温度-2到82度的气候梯度。

“很明显,土壤微生物调节对气候变化的反应及其影响,”Cesar Plaza说。

研究结果表明,土壤微生物呼吸适应全球干旱地区的环境热状况。

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图1:根据三个相互竞争的假设条件,在三个分析温度下,源地基质对潜在土壤微生物呼吸速率影响的预期结果。

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图2:在普通微生物生物量值和基质过量的情况下,基质对潜在呼吸速率的估计影响。

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图3:在普通微生物生物量值和基质过量的情况下,我们的模型与假设没有MAT效应的模型之间,对比MAT对潜在呼吸速率的影响。

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图4:在常见微生物生物量值和基质过量的情况下,微粒体(植被区和开阔区)对潜在呼吸速率的估计影响。


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参考文献

Soil microbial respiration adapts to ambient temperature in global drylands

Marina Dacal, Mark A. Bradford, César Plaza, Fernando T. Maestre & Pablo García-Palacios


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