毛乌素沙地地衣结皮层微生物群落结构及其固碳功能

Lichen crusts are an important component of the soil system in arid and semi-arid regions worldwide, and are significant carbon input of ecosystem carbon. Previous studies mainly focused on net carbon exchange of lichen crusts and their impacts on soil organic matter, neglecting the population of carbon-fixing microorganism and carbon allocation in active and stable organic carbon pool. In order to resolve these knowledge gaps, this study will be carried out in Mu Us Desert which is dominated by lichen crusts. For this purpose, we will use metagenomic approach to examine microbial community structure and carbon-fixing microorganism population, and apply continuously 13CO2 labeling experiment to detect the rate of microbial carbon fixation and the allocation of carbon fixation in the active and stable organic matter. This study will provide insights into a fully understanding on carbon process and amount of carbon fixation allocate into different turnover efficiency organic carbon pool. The results will aid in accurate Judgment on their effects on stability of organic carbon. In addition, this program would have implication for carbon sink or source of lichen crust.

地衣结皮是干旱、半干旱生态系统的重要组分，也是荒漠区重要的碳输入者。关于地衣结皮碳过程的研究多关注于净碳交换及其影响因子，却忽视了导致该现象发生的固碳微生物种群及其固定的碳在土壤有机碳各组分中的分配。项目以毛乌素沙地地衣结皮为研究对象，利用宏基因组测序方法，探明地衣结皮层微生物群落结构和固碳种群；在控制条件下，采用13CO2连续标记手段，明晰固碳微生物的固碳速率和固定碳在活性和稳定有机碳组分中的分配规律。预期结果有助于增进对地衣结皮碳过程的认识，深入理解其固定的碳在不同周转时间有机碳库中的分配方式，判断其对表层土壤有机碳稳定性的影响，为准确评价其碳汇源潜力提供科学依据。

地衣结皮是干旱、半干旱生态系统的重要组分，也是荒漠生态系统重要的碳输入者。然而关于地衣结皮碳过程的研究多关注于净碳交换及其影响因子，却忽视了导致该现象发生的固碳微生物种群及其固定的碳在有机碳各组分中的分配。本文以毛乌素沙地地衣结皮为研究对象，利用宏基因组测序和稳定同位素示踪（13CO2）技术，研究了地衣结皮层微生物的群落结构、微生物固碳途径及固碳类群，并分析了其固碳速率和固定碳在活性和稳定有机碳组分中的分配规律。主要研究结果及研究结论如下：.（1）毛乌素沙地地衣结皮层的微生物主要由细菌组成，其相对丰度占地衣结皮微生物的89.93%，其次是古菌（1.07%）、真菌（0.14%）、病毒（0.02%）和未被分类类群（8.83%）。其中，组成地衣结皮微生物的类群主要为变形菌、放线菌、蓝细菌、酸杆菌、拟杆菌、芽单胞菌、绿弯菌、浮霉状菌、厚壁菌和奇古菌。地衣结皮层微生物有利用卡尔文循环（Calvin循环）、厌氧乙酰辅酶A途径（WL循环）、还原性三羧酸循环途径、3-羟基丙酸途径、3-羟基丙酸酯/4-羟基丁酸酯途径和二羧酸/4-羟丁酸循环途径固碳的潜力。.（2）在100 d培养周期内，光能自养型微生物在地衣结皮层及其层下的土壤中，固碳速率分别为0.266 g/m2·d和0.048 g/m2·d，均显著高于化能自养型微生物的固碳速率（0.057 g/m2·d和0.007 g/m2·d）。地衣结皮层中的微生物同化的活性碳组分约占微生物同化有机碳（13C-SOC）的22%。.（3）六种固碳途径基因相对丰度均与地衣结皮层中的微生物固碳量呈显著负相关。此外，不同含有固碳基因的微生物类群对地衣结皮固碳量影响不同。.研究结果表明，地衣结皮中具有丰富的固碳微生物种群，通过六种自养微生物固碳途径固定大气中二氧化碳并转化为有机碳库中活性组分，有利于地衣结皮自身的生长发育并在一定程度上可以提高荒漠地区的土壤肥力。本研究有助于增进对地衣结皮碳过程的认识，深入理解其固定的碳在不同周转时间有机碳库中的分配方式、判断其对表层土壤有机碳稳定性的影响，可为评价荒漠生态系统碳过程提供科学依据。