高寒草甸土壤微生物群落回響氣候變化的微觀機制

《高寒草甸土壤微生物群落回響氣候變化的微觀機制》是依託清華大學，由楊雲鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高寒草甸土壤微生物群落回響氣候變化的微觀機制
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：楊雲鋒
• 項目類別：面上項目

項目摘要

青藏高原是對全球氣候變化反應最敏感的地區之一，也是相關研究的關鍵地區。土壤是陸地生態系統最重要的碳庫和氮庫，儲量遠高於大氣和植被，在地球的碳氮循環過程中起著舉足輕重的作用。但是由於土壤微生物群落結構的複雜性及其相應分析技術限制，目前科學界對微生物回響全球氣候變化的微觀機制了解不多。本項目採用溫度梯度、土壤移栽、時間梯度等多種方法研究氣候變化，利用Illumina和基因晶片等宏基因組學技術，結合地質化學分析等方法分析青藏高原高寒草甸土壤生態系統多樣性。集中探討氣候變化對土壤微生物群落結構以及生態功能的影響，從基因、菌種、菌群、群落、生態系統等多個層面上識別微生物群落結構和功能之間的關係，揭示土壤生態系統與地表植被、碳氮循環的相互作用，為高寒草甸的生物多樣性保護和生態系統合理管理提供科學依據。

結題摘要

微生物是生物地球化學循環的關鍵驅動者。然而在我國草原生態學研究中，尚沒有系統的基於物種分類和功能基因的微生物群落組成和多樣性時空變異的數據。更不清楚驅動微生物群落變化的關鍵因子及其對氣候變化的回響機制。本項目結合樣帶微生物調查與野外控制實驗，利用Illumina高通量測序和基因晶片技術研究了青藏高原土壤微生物群落特徵及其對氣溫和降水變化的回響特徵，得到了以下主要結果：不同海拔的微生物群落差異明顯，微生物功能基因對氣候變化回響敏感，氣溫或者降水改變使得土壤微生物功能基因結構或細菌物種組成都發生了變化；在高寒草甸中，碳固定基因、氨化和反硝化基因豐度都在增溫後降低，使土壤碳氮儲量保持相對穩定；但硝化基因豐度在增溫後升高，且N2O排放量與硝化基因amoA豐度顯著正相關，與反硝化基因nirS和norZ成負相關，該生態系統硝化作用是N2O排放的主導過程；降溫對微生物功能基因結構的改變與土壤濕度顯著正相關；青藏高原高寒草甸土壤微生物功能基因的變化能夠解釋受微生物驅動的土壤功能過程並套用於青藏高原土壤碳庫模型，結合微生物、植物與土壤數據所構建的模型顯示，微生物對青藏高原高寒草甸土壤CO2通量的貢獻至少達到37%，對CH4通量的貢獻高達80%。本研究深入探討了微生物群落對氣溫和降水變化的回響機制，為土壤溫室氣體通量變化提供了機理解釋，也為土壤溫室氣體排放、碳庫模型的改進提供了重要線索。