青藏高原高寒草甸土壤微生物对增温降水的响应机理

发布时间：2020-06-06 01:51

【摘要】：青藏高原高寒草甸是极易受气候变化影响的敏感生境,过去几十年其增温速度是全球平均增温速度的2倍,且南部和北部地区降水增加、中部地区降水减少。气候变化影响了青藏高原高寒草甸生态系统的稳定性及土壤碳库的转化。微生物作为生态系统的主要分解者,在土壤生物地球化学循环中发挥着重要的作用。但是因为微生物群落的高度复杂性和传统技术的限制,对于增温和降水变化条件下高寒草甸土壤微生物响应机制的认识仍十分有限。本研究依托青藏高原中科院海北实验站,通过土壤下移及控制实验等多种方法模拟增温、降水变化及两者的叠加效应,采用基因芯片和高通量测序等环境基因组技术,结合网络生物学方法,揭示微生物群落对增温和改变降水的响应及反馈机理。研究表明:(1)青藏高原高寒草甸土壤微生物对增温、改变降水比较敏感。增温或改变降水单独作用下,土壤微生物功能基因结构或细菌物种组成都发生了变化;增温和改变降水叠加效应下,土壤微生物功能基因多样性受到叠加效应的影响,说明增温和改变降水对土壤微生物群落的效应不一致。(2)增温、改变降水下青藏高原高寒草甸微生物对土壤物质循环的反馈调节机制不同。增温降低了大部分与降解难降解碳相关的功能基因和氮循环功能基因的相对丰度,通过微生物的负反馈调节使土壤碳氮储量保持相对稳定;减少降水通过降低与降解易降解碳相关的功能基因相对丰度减少土壤CO_2通量,增加降水通过增加土壤微生物生物量增加土壤CO_2通量,说明该条件下微生物对土壤碳库的调控是正反馈调节。(3)微生物网络结构是表征微生物相互作用的常用方法。增温时微生物网络结构变紧,表明增温使微生物联系更紧密;增加降水时微生物网络结构变松,表明微生物联系较松散。(4)青藏高原高寒草甸土壤微生物功能基因的变化能够解释受微生物驱动的土壤功能过程并应用于青藏高原土壤碳库模型。增温时,氨化过程和硝化过程的功能基因与N_2O通量呈显著相关性;改变降水时,产甲烷的关键基因mcrA与CH_4通量显著正相关。结合微生物、植物与土壤数据构建的模型显示,微生物对青藏高原高寒草甸土壤CO_2通量的贡献至少达到37%,对CH_4通量的贡献高达80%。本研究探讨了微生物群落对增温降水的响应机制,为土壤温室气体通量变化提供了机理解释,也为土壤温室气体排放、碳库模型的改进提供了重要线索。
【图文】：

1图 1.1 全球陆地和海样表面综合平均温度观测值变化情均以 1986-2005 年时期的均值为基准，橙色曲线表示陆地表面温度变度变化，黑色曲线基于现有的一个最长的数据集，灰色阴影表示其代候变化的加剧也将导致极端天气和气候事件更加频繁[2]。发生频率将增加一倍以上，北美洲和欧洲的强降水事件研究表明，，全球气候变化的驱动因子主要来自温室气体气体的大量排放是气候变化加剧的原因[1]。在 1970-2000平均增加 0.4 Gt CO2当量浓度，在 2000-2010 年，温室气.0 Gt CO2当量浓度。该过程中，化石燃料和工业过程排

第 1 章 绪论排放增量的 78%。学家将气候变化分为几种类别来研究，主要包括气候变暖和降水变1 气候变暖地和海洋表面温度的变化趋势一致，全球平均温度到本世纪中后℃，其中北极地区变暖快于全球平均[1]，见图 1.2。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S812.2

【参考文献】

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1 张坚超;徐镱钦;陆雅海;;陆地生态系统甲烷产生和氧化过程的微生物机理[J];生态学报;2015年20期

2 郑乔舒;岳m衔

本文编号：2698958