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环保科普 | 气候变暖威胁土壤微生物多样性

来源：花匠小妙招时间：2024-10-05 23:25

（来源：海口环保）

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文章简介

This is a summary of:

通过重复的、符合生态实际的长期田间试验，研究了变暖对土壤微生物多样性的影响。气候变暖通过改变环境选择和生物相互作用显著降低了土壤细菌、真菌和原生生物的生物多样性，潜在地破坏了土壤生态系统的功能过程。

点击链接复习一下原文：

【Nature Microbiology】气候变暖导致草原土壤微生物多样性的减少

【参考文献】

Climate warming threatens soil microbial diversity. Nat Microbiol 7, 935–936 (2022).

【学科方向】

微生物生态学；土壤微生物学

【原文下载】

https://rdcu.be/cQTuH

【期刊介绍】

期刊名：Nature Microbiology

期刊名缩写：Nat Microbiol

2022年影响因子：30.964

中科院分区（2021基础版）/JCR分区：生物1区TOP/Q2

科学问题

生物多样性对于维持陆地系统的健康和确保商品(如食品和药品)的生产、服务(如防洪和营养循环)以及社会效益(如娱乐)至关重要。所有这些福祉都受到人为气候变化导致的日益严重的生物多样性丧失的威胁。

以前的许多研究表明，气候变化导致当地和全球范围内动植物多样性的丧失。然而，与动植物相比，人们对气候变化对地下微生物多样性的影响知之甚少。尽管人们对这一问题的兴趣由来已久，但气候变暖是否以及如何导致土壤微生物生物多样性的净增加或减少，以及这些现象背后的机制仍未得到解决。这一差距可能是由于缺乏可重复的、符合生态实际的长期实地试验所致。

研究发现

在本研究中，我们在美国大平原的一个高草草原生态系统中建立了一个多因素全球变化实验，包括气候变暖(+3°C)、环境降水水平改变(即−50%(降水减半)和+100%(降水加倍))和修剪(年地上生物量去除)。实验对所有小区的生态系统功能特性(如碳通量和土壤呼吸)和环境条件进行了定期测量，并连续7年采集所有地块的土壤样本。采用微生物标记基因扩增子测序、宏基因组鸟枪测序和磷脂脂肪酸分析等方法定量分析不同微生物种群的生物量，研究了气候变暖、降水改变和修剪对土壤细菌、真菌和原生生物群落的影响。

土壤细菌、真菌和原生生物的多样性主要是由试验变暖导致的，这在很大程度上与降水变化和修剪无关。一种可能的解释是，变暖引起的土壤微气候和地球化学变化(如土壤温度、湿度和pH值)是微生物生物多样性变化的主要驱动因素。此外，磷脂脂肪酸分析和DNA产量均表明，变暖显著降低了微生物生物量。值得注意的是，变暖对不同的微生物谱系和/或功能群(共享同一栖息地的物种群)有不同的影响，导致形成孢子微生物的正选择和/或非形成孢子微生物的负选择(图1a)。气候变暖导致微生物多样性丧失的机制可能涉及不同的适应性性状、更激烈的物种竞争和确定性的环境选择(例如，较低的湿度和较高的温度)。结构方程模型证实，气候变暖通过降低土壤湿度和植物丰富度减少细菌多样性，进一步改变原生生物多样性(图1b)。此外，我们还观察到微生物多样性与相关生态系统功能之间存在显著的正相关关系(即增加生物多样性的关系)，表明气候变暖导致的微生物多样性变化影响生态系统功能。

图1变暖对不同微生物类群和相关环境驱动因素的影响

成果意义

我们的研究结果对预测气候变化的生态后果和生态系统管理具有重要的意义。由于气候变暖作为一种环境压力导致微生物多样性减少，在未来的气候变化情景下，生态系统的多样性会减少。如前所述，随着生物多样性更替速度加快，与生物多样性相关的生态系统功能和服务预计将在变暖的世界中变得更加脆弱。特别是，由于变暖对不同的微生物谱系有不同的影响，例如有益类群(例如，丛枝菌根真菌)的减少，生物多样性的丧失对未来生态系统功能的有害影响可能会更严重。

由于气候变暖对生物多样性的影响主要是由水分减少引起的，预计气候变暖导致的生物多样性减少在旱地(即干旱、半干旱和干旱半湿润生态系统)比在湿润地区更为严重，旱地覆盖了地球陆地的41%。未来气候变暖导致的降水变化也可能在调解气候变暖导致的生物多样性减少方面发挥重要作用。

然而，气候变暖对不同生态系统土壤微生物多样性的影响尚不清楚。因此，气候变暖导致的生物多样性减少及其机制是否适用于其他生态系统仍需进一步研究。

专家评价

尽管之前有许多研究调查了全球变化因素如何影响土壤微生物群落，但这项研究的独特之处在于它研究了相对较长时间内多种因素的影响。此外，作者结合了不同数据流（包括扩增子和鸟枪测序和生物量测量）的真正宝库，以更全面地了解地下微生物群落的响应。

—Noah Fierer, University of Colorado Boulder, Boulder, CO, USA.

“这项工作之所以引人注目，是因为环境操纵实验的持续时间和复杂性:7年的持续土壤变暖，并考虑到其他变量，如降水和生物量去除。像这样的长期实验可以为准确预测微生物及其提供的重要生态系统服务在气候变化中的表现提供强有力的证据。”

—Kyle Frischkorn, Senior Editor, Nature Microbiology.

论文背后

土壤微生物群落对环境变化敏感;因此，从单个时间点获得的信息只提供一个快照。在大多数情况下，从长期来看，这样的快照可能会产生很大的误导。我们最重要的研究任务是揭示土壤微生物群落对气候变化的长期时间序列响应。在开始处理之前和之后的每一年，我们都收集了该场地的土壤样本。为了避免试验田最终变成一个“瑞士奶酪”，因为采样孔太多，无法代表一个自然的土壤生态系统，我们精心设计了一个采样策略，并创建了一个手册来绘制每一个采样事件。我们将继续维护这个网站，希望能再维护几十年。在新的一年里，我们将从综合数据中了解到更多信息，并期待着报告许多更新的研究。——Xin Guo

参考文献

[1] Rands, M. R. & Adams, W. M. Biodiversity conservation: challenges beyond. Science 329, 1298–1303 (2010). A review article that presents the services and benefits of biodiversity to society.

[2] Pecl, G. T. & Araujo, M. B. Biodiversity redistribution under climate change: impacts on ecosystems and human well-being. Science 355, eaai9214 (2017). A review article that presents climate-driven biodiversity changes.

[3] Cardinale, B. J. & Duffy, J. E. Biodiversity loss and its impact on humanity. Nature 486, 59–67 (2012).This paper reports on biodiversity loss under climate changes.

[4] Guo, X. & Zhou, X. Climate warming accelerates temporal scaling of grassland soil microbial biodiversity. Nat. Ecol. Evol. 3, 612–619 (2019). This paper reports on enhanced microbial turnover under climate warming.

[5] Maestre, F. T. & Delgado-Baquerizo, M. Increasing aridity reduces soil microbial diversity and abundance in global drylands. Proc. Natl Acad. Sci. USA 112, 15684–15689 (2015). This paper reports on the decline of microbial diversity driven by aridity.

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