PS9000 | 高寒泥炭地微生物CAZymes基因和净CO2交换对5年连续极端干旱事件的非同步响应

高寒

泥炭地    

高寒泥炭地是一种独特的生态系统，主要分布在高纬度地区，如北极和高山地带。它们通常是由厚厚的腐殖质层覆盖的湿地，其中含有大量的泥炭和水。

高寒泥炭地是净CO2交换的重要场所，对于全 球气候变化的响应非常敏感。然而，由于极端干旱的气候条件，高寒泥炭地面临着许多挑战，其生态系统的健康和稳定性受到严重影响。

极端干旱事件下，高寒泥炭地会如何变化？接下来我们来了解一篇相关论文。

高寒泥炭地微生物CAZymes基因和

净CO2交换对5年连续极端干旱事件的非同步响应

全 球气候模型预测，未来极端干旱事件频率会增加。极端干旱会严重影响陆地碳（C）库、碳通量及碳循环过程，尤其会显著降低陆地生态系统C汇强度，甚至将其转化为C源。泥炭地拥有巨大的碳储量，在有效缓解温室效应，应对气候变化方面发挥着重要作用。但干旱会加速泥炭地土壤有机碳分解，增加碳排放，形成正反馈效应。然而，关于未来不断增加的极端干旱事件下净生态系统交换（NEE）变化及参与土壤有机质（SOM）分解的微生物碳水化合物活性酶（CAZymes）的功能基因尚不清楚。

基于此，中国林业科学研究院湿地与气候变化研究团队以青藏高原东部若尔盖国 家级自然保护区高寒泥炭地（33°47′56.61′′ N，102°57′28.43′′ E，3430 m.a.s.l.）为研究区域，依托模拟极端干旱的野外控制实验平台，通过宏基因组测序技术、不同CO2通量组分的原位监测和室内试验相结合，旨在解决以下问题： （1）确定极端干旱处理下高寒泥炭地NEE的变化；（2）表征参与SOM分解的微生物CAZymes功能基因及分类群以及（3）评估土壤微生物有机质分解在调节生态系统CO2汇功能中的贡献。

作者于2019年6月18日至9月25日测量了NEE和生态系统呼吸（Re），并利用PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司）测量了总土壤呼吸（Rs）和微生物呼吸（Rm）。每次极端干旱事件结束后，收集0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土壤，进行生化分析，包括总氮（TN）、土壤有机碳（SOC）、溶解有机碳（DOC）、土壤体积含水量（SWC）、硝酸盐（NO3-）、铵盐（NH4+）和微生物生物量碳（MBC）。此外，还进行了土壤样品的DNA提取、测序文库构建及宏基因组测序。

结果

图2 2019年不同时期极端干旱对NEE的影响。A生长季早期极端干旱事件；B生长季中期极端干旱事件；C生长季后期极端干旱事件。

图3 NEE与水热因子的Pearson相关系数(n = 108)。

图4 不同时期极端干旱后微生物（细菌和真菌）门对SOM分解微生物酶基因的贡献。

结论

在经历连续5年极端干旱事件后，生长季早期和中期极端干旱事件使泥炭地NEE分别平均下降48%和26% 。在早、中期极端干旱事件发生后，参与SOM分解的微生物CAZymes功能基因丰度均呈下降趋势，而在后期呈上升趋势。参与这些分解基因的微生物群落主要来自变形菌门和放线菌门。研究指出NEE变化主要受到土壤水热因子和生态系统总初级生产力（GPP）的影响，与SOM酶分解基因相关性较弱。而土壤微生物呼吸与参与易降解碳分解的微生物CAZymes功能基因呈显著正相关。这一重要发现增进了人们对高寒泥炭地SOM的微生物分解潜力和生态系统碳汇功能对极端干旱事件响应的理解，强调了泥炭地生态系统不同层级之间CO2通量变化的复杂性，为准确预测高寒泥炭地碳-气候变化反馈提供了重要的科学依据。