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气候变化遗产对比影响土壤微生物群落的抵抗力和恢复力以及对极端干旱的多功能性,Functional Ecology

花匠小妙招
2024-11-09 05:30

1 简介

土壤微生物是地球上最丰富和多样化的生物（Fierer & Jackson, 2006 ; Locey & Lennon, 2016），与土壤功能有着错综复杂的联系，因为它们在有机物分解、碳 (C) 储存和养分循环（Bardgett 和 Van Der Putten， 2014 年；Delgado-Baquerizo 等人， 2016 年）。土壤微生物群落对变暖和与人为气候变化相关的降水模式变化都很敏感（De Vries & Shade， 2013 年；Kaisermann 等人， 2017 年；Rousk 等人， 2013 年））。例如，在多种生态系统类型中观察到细菌和真菌生物量的减少，以及微生物群落组成的变化（Frey 等人， 2008 年；Rinnan 等人， 2007 年；Yergeau 和 Kowalchuk， 2008 年）。同样，据报道，降雨减少会降低土壤细菌丰度，导致土壤微生物群落组成、生长速率和活性发生变化（Gordon 等人， 2008 年；Ochoa-Hueso 等人， 2018 年；Schimel 等人， 2007 年） .

除了平均气温升高和降雨模式变化之外，气候变化预计还会增加极端气候事件的频率，例如短期但强烈的干旱，特别是在旱地（Gibelin & Déqué, 2003 ; Huntington, 2006 ; Seneviratne et al. ., 2012 年）。尽管气候变化成分（即平均变化和极端事件）同时发生（Meehl 等人， 2007 年；Walter 等人， 2013 年），但很少有研究涉及它们对土壤生物多样性和功能的交互影响。现有证据还表明，过去的气候条件决定了土壤微生物群落和功能（Delgado-Baquerizo、Bissett 等， 2017; Ye 等人， 2019 年），以及它们对当前土壤水分变化的反应（Hawkes & Keitt， 2015 年；Hawkes 等人， 2017 年）。此外，在长期减少降雨后，土壤微生物群落可以适应环境并从敏感的细菌为主的群落转变为更耐旱的真菌为主的群落（Bouskill 等， 2013；Evans & Wallenstein， 2012；Curiel Yuste 等., 2011 )，由于真菌和细菌群落的不同反应，改变了土壤应对极端干旱事件的能力 (De Vries, Liiri, Bjørnlund, Bowker, et al., 2012）。具体来说，土壤真菌已被证明通常比细菌具有更强的抵抗力，但比细菌更弱，因为它们的细胞壁较厚，孢子形成活动，并且真菌菌丝能够突破气孔以获取干燥土壤中的水分和养分。 Barnard 等人， 2013 年；De Vries、Liiri、Bjørnlund、Bowker 等人， 2012 年；Gordon 等人， 2008 年）。

先前对地下群落的研究已经评估了土壤微生物群落的响应和对极端干旱的作用，使用决定生态系统稳定性的两个关键组成部分：分别在干旱事件期间和之后的抵抗力和恢复力（De Vries、Liiri、Bjørnlund、Setälä，等人， 2012 年；霍克斯等人， 2017 年，2020 年；华林和霍克斯， 2015 年）。然而，这项研究已经分别评估了土壤微生物群落和土壤功能的响应（Bouskill 等人， 2013 年；De Vries、Liiri、Bjørnlund、Setälä 等人， 2012 年；Preece 等人， 2019 年），或仅涉及土壤呼吸等个体功能（Hawkes 等人， 2017 年，2020 年）。为了获得对管理和保护至关重要的更广泛理解，我们需要评估土壤微生物群落对气候变化的反应是否会改变整体生态系统功能（Delgado-Baquerizo，Eldridge 等， 2017）。在这方面，土壤微生物同时执行多种功能的能力（即土壤多功能性；以下称为多功能性）已被提出作为一个有意义的指标（Manning 等人， 2018 年）此外，大多数先前的研究仅评估了先前的影响受到（即遗产，以下）降雨减少的影响（Bouskill 等人， 2013 年；De Vries、Liiri、Bjørnlund、Setälä 等人， 2012 年)，忽略气候变化成分的其他成分的影响，例如全球变暖。因此，模拟平均温度和降雨量变化的不同气候变化情景对土壤微生物群落和多功能性对极端干旱事件的抵抗力和恢复力以及土壤微生物群落稳定性与多功能性之间的联系的影响在很大程度上仍然存在。未开发。

在这里，我们评估了气候变化遗产对土壤细菌和真菌群落的抵抗力和恢复力（群落组成、丰富度和丰度）和多功能性（使用与土壤 C、N 和 P 循环相关的八种功能估计）到随后的极端干旱事件。此外，我们评估了土壤微生物群落对极端干旱的抵抗力和恢复力是否与多功能性有关。我们在操纵性实验中收集了四种气候变化情景（即控制、减少降雨、变暖及其组合；Valencia 等人， 2018) 7 年，并在实验室将它们暴露在极端干旱中（即 3% 的持水能力 [WHC] 2 周），以评估土壤微生物群落的抗性和多功能性。然后，我们在 60% WHC 下重新润湿土壤，并在重新润湿后 1、15 和 60 天评估土壤微生物群落的恢复力和多功能性。我们假设 (i) 降雨减少的土壤真菌群落比细菌群落更能抵抗随后的极端干旱（De Vries、Liiri、Bjørnlund、Bowker 等人， 2012 年）); (ii) 变暖土壤中真菌和细菌群落对极端干旱的抵抗力和恢复力将低于对照土壤，因为已经受到干扰的土壤群落可能对随后的不同干扰不太稳定（Griffiths & Philippot， 2013 ); (iii) 考虑到土壤微生物群落介导多功能性（Delgado-Baquerizo， Eldridge 等人， 2017 年；Delgado-Baquerizo 等人， 2016 年); (iv) 土壤微生物群落的抗性和恢复力以及对极端干旱事件的多功能性将是相关的，因为微生物在驱动多功能性方面发挥着关键作用（De Vries & Shade， 2013 年；Orwin 等人， 2006 年）。

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