沈阳生态所揭示土壤有机质分解温度敏感性与微生物K-策略间的生态关联

　　全球变暖加速土壤有机质（SOM）分解和CO2释放，研究SOM分解的温度敏感性（Q10）对全球变暖的响应，对于未来气候变化下的全球碳收支预测至关重要。然而，由于Q10、SOM质量和微生物生态功能之间的复杂关系，Q10对持续增温的响应趋势及其驱动机制尚存在较大争议，特别是缺乏微生物基因组学相关证据支持。

　　沈阳生态所土壤化学组研究团队以中国东北阔叶红松林为研究对象，沿北纬40o54'51''—49o28'42''纬度梯度（南北1100 km）选取13个样点，年均温（MAT，-1.9℃—5.1℃）温差达7℃。测定了SOM矿化温度敏感性（Q10值）、土壤基本理化性质、SOM质量、土壤微生物群落组成、与碳降解相关的功能基因丰度，系统研究了SOM矿化温度敏感性随年均温的变化规律及其综合驱动机制，着重探讨了Q10与微生物群落生态策略之间的关联。研究发现，Q10值随MAT增加而增加，但随SOM的生物可利用性增加而下降（图1）；Q10与土壤微生物群落K-策略倾向有关，包括：i）寡营养类群和富营养类群微生物的比例高；ii）外生菌根菌与腐生真菌比例高；iii）惰性有机碳与活性有机碳降解基因的比例高；iv）16SrRNA基因操纵子平均拷贝数低。由于K策略微生物偏好利用惰性有机碳，本研究从微生物群落组成和功能的角度支持了碳质量-温度（Carbon quality-temperature，CQT）假说。通过365天的室内培养实验，明确了活性有机碳与惰性有机碳库对温度变化的响应。结果表明，样带南部相对温暖地区土壤中难降解有机质的分解对气温升高更为敏感，这可能与微生物群落K-策略占优势相关联，暗示温度升高可能会增加较温暖地区惰性有机碳库的损失，加剧气候变暖和CO2排放之间的正反馈作用（图2）。本研究首次尝试基于微生物遗传信息揭示Q10与土壤微生物生态策略之间的关联，解析了Q10-SOM质量-微生物生态功能之间的复杂关系，可为后续的相关研究提供重要的理论基础和数据支撑。

　　上述结果以“Temperature sensitivity of SOM decomposition is linked with a K-selected microbial community”为题于2021年3月在线发表在Global Change Biolog上。土壤化学组李慧研究员和联合培养研究生杨山博士（现为广东省微生物研究所助理研究员）为共同一作，姜勇研究员为通讯作者，沈阳生态所叶吉副研究员、布仁仓副研究员、王绪高研究员、研究生姚飞和马锐骜等为共同作者。本研究得到国家自然科学面上基金项目（31870482，31570501）等的资助。

　　

　　图2 未来气候变暖条件下，有机质矿化温度敏感性（Q10）、有机质质量和有效性、微生物生态策略的响应趋势及其复杂关系的概念模型