土壤微生物群落结构与功能对土壤自然增温的响应和适应

随着陆地生态系统对气候变暖响应的生物学机理日益受到关注，我们迫切需要.了解气候变暖背景下土壤微生物对温度升高的响应和适应及其潜在的贡献，但目前对于土壤微生物群落的结构和功能如何响应和适应温度升高的相关研究比较缺乏。因此，本项目以我国北方草地土壤为研究对象，通过原位土柱移位和遮雨控制水分输入把温度对土壤微生物群落的直接影响以及水热复合影响分离出来，应用PLFA、BIOLOG 和PCR-DGGE 等技术系统地研究土壤温度自然升高对土壤微生物群落的生物量、代谢活性、群落结构和功能多样性的影响，定量表述土壤微生物群落结构和功能对温度升高的响应和适应，进而揭示土壤微生物对气候变暖响应和适应的生物学机理。本研究对于准确理解气候变暖对陆地生态系统的影响具有重要意义，并为预测全球气候变化的发展趋势以及制定适应和减缓全球气候变化的技术对策提供数据支持和理论依据。

随着陆地生态系统对气候变暖响应和适应的生物学机理日益受到关注，我们迫切需要了解气候变暖背景下土壤微生物对温度升高的响应与适应，但是相关研究还比较缺乏。本项目以我国北方草地土壤为研究对象，通过原位土柱移位和遮雨控制水分输入把温度对土壤微生物群落的直接影响以及水热复合影响分离出来，在生理、群落和基因等不同水平研究了土壤微生物群落如何响应温度的升高及其降雨的潜在影响。项目实施三年以来，我们完成了野外控制实验平台的建设，依照项目书的研究计划全面开展了相关研究工作，获得了连续三年的长期观测数据，基本实现了预期的研究目标。我们研究发现，土壤微生物群落组成和功能对温度升高的响应是一个非常复杂的过程，要受水分条件、处理持续时间和微生物分类单元等诸多因素共同影响：（1）随着增温幅度的增加，土壤微生物群落的碳源代谢功能发生了明显的变化并受降雨和处理持续时间的共同影响。在自然降雨条件下，温度升高显著增加了土壤微生物的碳源代谢活性和多样性，但是在遮雨+控制水分输入条件下，温度升高显著降低了土壤微生物的碳源代谢活性和多样性。（2）土壤微生物各类群的生物量沿着增温梯度整体上表现出降低的趋势，主要是由于温度升高加速了土壤速效碳源的快速耗竭；土壤细菌在群落组成上对自然增温的响应更为敏感，革兰氏阳性细菌：革兰氏阴性细菌的比值随着增温幅度的增加而增加。（3）高通量测序结果进一步表明，自然增温也显著改变了真菌和细菌的物种组成。土壤自然增温显著增加了变形菌门细菌的相对丰富度，但是显著降低了酸杆菌门、放线菌门和疣微菌门的细菌相对丰富度。土壤自然增温显著降低了子囊菌门、担子菌门和球囊菌门真菌的相对丰富度，但是显著增加了壶菌门和接合菌门真菌的相对丰富度。本项目初步阐明了土壤微生物群落的碳源代谢功能、群落结构和生物多样性对温度升高的响应以及降雨-温度复合效应的影响，为提高我们对气候变暖对陆地生态系统影响的理解和预测提供了直接的实验证据。