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生态系统生态学课题组揭示气候变化促进土壤有机碳分解的新机制

发布时间:2021-07-10 点击次数:

气候变暖和臭氧(O3)浓度升高是全球气候变化的重要组成部分,可以显著影响植物生长与植物-微生物相互作用,但其对生态系统功能的影响尚不清楚。近日,北卡罗来纳州立大学、南京农业大学、美国农业部和海南大学等单位合作,首次发现气候变暖和臭氧浓度升高通过改变根系性状及其共生真菌(即丛枝菌根真菌,AMF)的组成,激发微生物分解土壤有机碳,该成果于7月9日在国际权威学术期刊《Science Advances》在线发表。我院生态系统生态学实验室仇云鹏博士为本文的第一作者。


气候变暖通常会促进微生物活性,增加有机物分解,而高O3浓度会破坏植物气孔功能,减少植物光合作用,且迫使植物利用部分光合作用产物用于修复臭氧损害的细胞组织。因此,一般推测温度和O3浓度同时升高可能在促进土壤有机碳分解的同时减少光合产物向地下分配,从而限制陆地生态系统作为碳库的能力。然而,直接的实验证据甚少,相关的生态学机制更不清楚。

该研究基于美国北卡罗来纳州立大学的长期定位试验,发现在免耕的大豆农业生态系统中,增温与高臭氧浓度增加了植物胁迫,减少光合产物向地下分配,改变植物根系性状与营养获取策略。为了确保营养获取,植物调整了根系结构与AMF的组成:为维持吸收面积,以牺牲根的“强度”为代价,根变得更细更疏松,菌丝也变细,由此导致根与菌丝更为脆弱,周转速率加快,增加能量源并激发微生物分解土壤有机碳;同时,AMF群落中具有更高养分吸收能力的Paraglomus属相对丰度增加,而具有土壤有机碳保护能力的Glomus属相对丰度降低。这些结果揭示了气候变化改变根系性状与菌根真菌组成从而加速土壤有机碳分解的新机制。

大气增温与臭氧浓度升高激发土壤有机碳分解

美国北卡罗来纳州立大学Shuijin Hu和H. David Shew教授,美国农业部Kent O. Burkey和Richard W. Zobel教授,以及海南大学郭梨锦博士参与了此项研究。我院生态系统生态学实验室张艺博士为共同通讯作者。生态系统生态学实验室近年来主要研究陆地生态系统功能及其对全球变化的响应,在碳、氮、磷营养元素循环方面取得一系列研究成果,包括多篇论文发表于Nature Geoscience, Ecology Letters, Global Change Biology等生态学顶级期刊上。

论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/7/28/eabe9256

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