科研進(jìn)展
西北高原所海北站發(fā)現(xiàn)高寒草地深層土壤有機(jī)碳對(duì)氣候變暖、變冷的響應(yīng)由微生物群落組成而非分子結(jié)構(gòu)決定
作為氣候變化的敏感區(qū)，高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳庫(kù)在調(diào)節(jié)陸地碳循環(huán)-氣候反饋的方向和幅度中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。已有研究集中在氣候變化尤其是短期氣候變暖對(duì)表層土壤有機(jī)碳變化及微生物群落特性的影響，目前關(guān)于長(zhǎng)期氣候變化對(duì)不同土層深度土壤有機(jī)碳的影響途徑仍存在爭(zhēng)議，尤其是缺乏氣候變冷如何影響土壤有機(jī)碳分子組分和微生物群落特性及其相互作用關(guān)系研究。
中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所高寒生態(tài)系統(tǒng)與全球變化研究團(tuán)隊(duì)依托2007年在青海海北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站建立的“山體垂直帶雙向移栽實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)，基于生物標(biāo)志物技術(shù)，并借助貝葉斯Meta統(tǒng)計(jì)分析在估計(jì)研究間異質(zhì)性和合并效應(yīng)量方面的優(yōu)勢(shì)（尤其在納入研究數(shù)量較少時(shí)）、獨(dú)特的后驗(yàn)分布估計(jì)、靈活的參數(shù)設(shè)置和便利的結(jié)果圖形化展示方法等特點(diǎn)，創(chuàng)新性地采用貝葉斯Meta分析方法分析控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)多組處理、對(duì)照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了歸納性總結(jié)，進(jìn)而系統(tǒng)評(píng)估量化了增溫、降溫16年后高寒草甸表層（0-10 cm）和亞表層土壤（20-30 cm）有機(jī)碳含量的影響因素（包括植物生物量和多樣性、土壤理化性質(zhì)、植物源碳組分，微生物源碳組分以及微生物群落特性等）的變化及其與有機(jī)碳含量的關(guān)系。
研究發(fā)現(xiàn)，高寒草甸亞表層土壤有機(jī)碳對(duì)增溫、降溫的響應(yīng)較表層更為敏感，無(wú)論是增溫還是降溫，均未引起亞表層土壤中植物和微生物源碳組分的顯著變化。然而，增溫使真菌與細(xì)菌生物量比值（F/B）和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌與革蘭氏陰性細(xì)菌生物量比值（G+/G-）分別增加15.0%和8.6%，而降溫則使其分別降低4.5%和9.6%。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，增溫主要通過(guò)增加F/B和G+/G-直接減少土壤有機(jī)碳庫(kù)的積累，同時(shí)降低土壤碳氮比間接減少亞表層土壤有機(jī)碳含量，而降溫則主要通過(guò)降低F/B增加亞表層土壤有機(jī)碳含量。如果只考慮增溫而不考慮降溫的作用，傳統(tǒng)的增溫控制實(shí)驗(yàn)可能會(huì)低估氣候變暖對(duì)高寒草地亞表層土壤有機(jī)碳庫(kù)的消極作用。該研究為更好地解釋和預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化背景下高寒草地生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫(kù)的形成與變化提供了新的理論依據(jù)。
該研究成果于2025年7月15日以?Responses of subsoil organic carbon to climate warming and cooling is determined by microbial community rather than its molecular composition?為題發(fā)表在生態(tài)學(xué)頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊?Ecology Letters（中國(guó)科學(xué)院1區(qū)TOP，五年IF=9.4）。西北高原所博士研究生李宇章為第一作者，張振華研究員為通訊作者。中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所汪詩(shī)平研究員、北京大學(xué)賀金生教授與朱彪教授、蘭州大學(xué)井新教授、青海大學(xué)趙新全教授、四川師范大學(xué)胡宜剛教授等也參與了研究。該研究得到了西部之光-重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)項(xiàng)?交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和第二次青藏高原科學(xué)考察項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/ele.70162
除此之外，高寒生態(tài)系統(tǒng)與全球變化研究團(tuán)隊(duì)還闡明了2009-2022年間祁連山南麓高寒草地不同海拔土壤有機(jī)碳時(shí)空變化特征及驅(qū)動(dòng)因素，相關(guān)研究結(jié)果于2025年3月25日發(fā)表在全國(guó)期刊生物類(lèi)Q1區(qū)《應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)》上。
論文鏈接：http://10.19675/j.cnki.1006-687x.2024.03028
圖1? 雙向移栽實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
圖2? 增溫和降溫對(duì)表層土壤（0-10 cm）和亞表層土壤（20-30 cm）中有機(jī)碳、植物源碳組分、微生物源碳組分以及微生物群落特性的影響
圖3? 影響土壤有機(jī)碳含量的主要因子的隨機(jī)森林模型分析
圖4? 影響土壤有機(jī)碳含量的直接和間接因素的貝葉斯分段結(jié)構(gòu)方程模型分析
