【ISME J】土壤中硝化細菌群落的組成和活性對溫度和CO2的升高不敏感,但受乾旱的影響較大

【研究背景】

    氮循環是陸地生態系統的一個基本過程，對所有生物體的功能至關重要。由於人類活動，土壤生態系統目前正在發生重大變化。微生物催化大多數土壤氮的轉化過程，在調解大氣、植物和土壤之間的氮交換中起著中心作用。因此，了解土壤微生物對氣候變化反應的性質和強度，對於預測未來陸地氮循環，包括其對植物生產力的影響和氣候-碳反饋至關重要。然而，我們對特定微生物類群在陸地環境響應氣候變化中調節氮變化的相對作用的理解仍然不完整。儘管目前進行了氣候預測，但很少對溫度升高、大氣CO2升高和降水模式變化的交互影響與微生物介導的土壤氮轉化一起進行評估。

     當前全球溫帶生態系統變化的特點是氣溫和土壤溫度上升、CO2濃度升高、水資源利用率變化，如乾旱事件發生頻率增加。大氣CO2濃度升高通過促進植物生長和光合活性影響土壤微生物。這會導致植物地下碳分配和根際沉積的增加，從而刺激異養微生物的活動並調動氮。然而，較高的植物生長會通過逐漸耗盡土壤中可供微生物吸收的氮庫而間接影響土壤微生物，潛在地導致微生物氮受限。先前的研究表明，隨著CO2濃度的升高，AOA和AOB的相對豐度降低。與升高的CO2相比，溫度升高直接加速了微生物過程和周轉速度，改變了水分和養分的可利用性，延長了植物生長季節，可能有利於生長緩慢的細菌的生長。同時，研究報告了amoA基因豐度以及AOA和AOB的表達隨溫度的變化而發生顯著變化。在土壤中觀環境中，AOA的生長、活性和群落結構隨著溫度的升高而發生變化。另一方面，對23種不同土壤類型的綜合研究表明，溫度是影響AOB群落結構的最重要因素。最後，乾旱等極端事件可導致土壤微生物降低其活性水平，積累滲透保護劑/相容性溶質，並經常轉入休眠狀態。山地草原研究表明，乾旱對氨氧化微生物的相對豐度有明顯的影響，隨著乾旱，AOA-amoA豐度降低，AOB-amoA豐度無明顯變化。

目前針對硝化菌群落的多因素研究很少，大多數研究都集中在廣泛的生態系統氮過程對全球變化的響應上。