水保所在土壤碳激發效應過程中細菌群落結構演替研究方面取得新進展

來源:重點室 作者:岳善超 時間:2022-04-14
  近日,水土保持研究所李世清研究員團隊在細菌群落結構和土壤碳激發效應模式研究方面取得新進展。相關成果在本領域主流期刊Soil Biology & Biochemistry(學校雙一流G2類刊物,中科院大類1區TOP期刊)發表題為“Dynamic changes in bacterial community structure are associated with distinct priming effect patterns”的研究論文。2017級博士研究生付先恒為第一作者,李世清研究員為通訊作者,黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室為第一單位。
  土壤有機質 (SOM) 是陸地生態系統中基本碳庫的一部分,影響農業土壤的生產力和可持續性。向土壤中添加殘渣(玉米秸稈)會刺激微生物活性,并顯著改變土壤有機質(SOM)的分解速率,這被稱為激發效應(Priming effects)。激發效應模式受到利用各種基質的微生物的影響。然而,與激發效應模式相關的關鍵類群的各種功能特征和細菌群落的結構特征仍不清楚。該研究建立了一個120天的培養實驗觀察激發效應的動態,同時利用高通量測序技術檢測激發效應過程中細菌的演替,并通過網絡分析確定關鍵類群。結果表明,在玉米秸稈分解過程中,觀察到了負激發效應(早期)和正激發效應(晚期)。在培養結束時,含有氮的秸稈處理導致了正激發效應,而僅有秸稈處理對自然土壤有機碳的分解影響最小。在秸稈分解過程中,細菌群落結構表現出明顯的演替。相應地,網絡分析揭示了早期和晚期關鍵類群的差異。Bacillus,Streptomyces,Arthrobacter和Agromyces是早期的關鍵類群,而BD2-11 terrestrial,Bacteroidales,Sphingomonadaceae和Xanthomonadales是晚期的關鍵類群。這些推定的(putative)關鍵類群作為群落功能的驅動因素,具有不同的功能特征,因此將它們與負的或正的激發效應聯系起來。細菌群落的網絡模塊在早期和晚期存在差異,在激發效應期間表現出不同的模塊-性狀(module-trait)關系。因此,不同的模塊被聚合(aggregated)以響應不同的激發效應模式。這項研究提供了與激發效應模式對應的細菌群落網絡結構的更深入見解,并強調了關鍵分類群在激發效應中的重要性。
  該研究工作得到國家重點研發計劃(2017YFD0201807, 2021YFD1900700)和陜西省自然科學基礎研究計劃(2022JM-103)等項目的資助。
   
  圖1 秸稈分解過程(早期和晚期階段)激發效應動態變化和細菌群落及核心物種演替過程
  論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071722001286
  編輯:王容娜
  終審:韓鎖昌
  
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