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華南植物園發(fā)現(xiàn)森林演替過程中土壤微生物固碳能力降低
森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地碳匯的重要組成部分，其土壤碳積累過程在緩解氣候變化中具有關鍵作用。除了分解有機質(zhì)分解外，土壤微生物還能通過固定大氣二氧化碳直接參與土壤碳輸入，但對森林演替中該過程的演變規(guī)律仍缺乏系統(tǒng)性認識。探究微生物固碳功能如何隨森林演替變化，對準確評估森林碳匯潛力具有重要意義。
中國科學院華南植物園鼎湖山站科研人員在廣東鼎湖山選取處于不同演替階段的森林類型，系統(tǒng)分析了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、碳固定功能基因及其實際固碳速率。研究結(jié)合宏基因組學和13CO2穩(wěn)定同位素標記技術，并利用全球755個森林土壤宏基因組數(shù)據(jù)對結(jié)果進行了驗證。研究發(fā)現(xiàn)，隨著森林演替推進，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與植被類型協(xié)同演替，其互作網(wǎng)絡趨于復雜和穩(wěn)定。然而，與群落結(jié)構(gòu)變化不同，微生物固碳功能在演替后期顯著下降，參與關鍵碳固定途徑的功能基因豐度降低，13CO2標記實驗證實土壤微生物的實際碳固定速率在成熟森林中顯著降低。這表明，在土壤有機碳較為豐富的晚期演替森林中，微生物的碳獲取策略可能由主動固定大氣 CO2轉(zhuǎn)向分解利用現(xiàn)有土壤有機質(zhì)，揭示了森林土壤碳積累過程中微生物功能的動態(tài)轉(zhuǎn)變。該研究為完善全球碳循環(huán)模型和評估森林碳匯功能提供了重要的微生物學依據(jù)。
相關研究成果以Multi-scale evidence for declining microbial carbon fixation along forest succession gradients為題發(fā)表于The ISME Journal(IF5-year :12.5)。中國科學院華南植物園周曙仡聃副研究員為論文第一作者，劉菊秀研究員、中國科學院城市環(huán)境研究所朱冬研究員為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、廣東省重點領域研發(fā)計劃、廣東省科技計劃項目及西班牙政府等項目的聯(lián)合資助。
圖1. 全球森林土壤微生物固碳地理格局與宏基因組學解析
圖2.13CO2標記培養(yǎng)解析森林演替中土壤微生物固碳機制
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