2019-07-09 06:32:01
苔原温度上升导致微生物群落的变化令人担忧

一项针对实验性温暖的阿拉斯加土壤的新研究表明,地球北纬地区苔原的温度升高可能会影响微生物群落,从而可能增加温室气体甲烷和二氧化碳的产生。

世界上大约一半的地下碳储存在这些寒冷的北纬地区的土壤中。这是目前在大气中发现的二氧化碳量的两倍以上,但到目前为止,大部分碳被封存在非常寒冷的土壤中。这项新研究依靠宏基因组学来分析微生物群落在实验上变暖的变化,这可能会加剧人们对这种碳释放如何加剧气候变化的担忧。

“我们看到微生物群落在四到五年内反应非常迅速 - 甚至适度升温,”该论文的通讯作者,土木与环境工程学院和生物学院教授Kostas T. Konstantinidis说。佐治亚理工学院的科学。

“微生物物种及其参与二氧化碳和甲烷释放的基因增加了它们对变暖处理的丰度。我们惊讶地看到这种反应甚至是温和变暖。”

这项新研究得到了美国能源部和国家科学基金会的支持,并于7月8日早期出版的“美国国家科学院院刊”上发表。来自俄克拉荷马大学,密歇根州立大学和北亚利桑那大学的研究人员与乔治亚理工学院合作进行了这项研究。

该研究提供了有关微生物群落在临界深度对变暖作出反应的速度的定量信息,并突出显示了对苔原变暖作出反应的主要微生物代谢物和生物群。这项工作强调了准确表示土壤微生物在气候模型中的作用的重要性。

该研究始于2008年9月,位于阿拉斯加迪纳利国家公园附近的潮湿酸性苔原地区。创建了六个实验区块,并且在每个区块中,在冬天建造两个相隔约五米的防雪栅栏以控制积雪。冬季较厚的积雪作为绝缘体,在实验地块中产生略微升高的温度 - 约1.1摄氏度(2华氏度)。

除温差外,土壤条件在实验和对照样地中相似。在两个不同时间从两个不同深度的实验和对照样地采集土壤核心:实验开始后1。5年,开始后4或5年。

从核心提取微生物DNA,并使用Georgia Tech的Genomics Core进行测序。

“我们对所得数据的分析显示了哪些物种存在,物种丰富程度,物种对变暖的响应程度以及它们对碳的使用和释放有多少以及它们具有哪些功能,”现任博士后研究员的Eric R. Johnston说。在橡树岭国家实验室,他作为佐治亚理工学院博士进行了这项研究的分析。学生。

比较来自实验和对照样地的核心以评估变暖的影响。在移除核心后的一个月内,还对累积的生态系统呼吸进行了抽样。

“我们观察到的反应在本研究采样的两个土壤深度(15至25厘米和45至55厘米)之间显着不同,”约翰斯顿说。 “具体而言,在初始永久冻土边界层的上边界 - 地表以下45至55厘米 - 参与甲烷生成(甲烷生成)的基因的相对丰度随着变暖而增加,而参与有机碳呼吸的基因 - 碳的释放二氧化碳在较浅的深度变得更加丰富。“

社区呼吸的测量显示,在温暖的地块中二氧化碳和甲烷释放速率增加。 “类似的测量结果也表明,近年来由于气候变暖,这些气体在整个地区的释放速度更快,”约翰斯顿补充道。

两个土壤深度对应于表面附近的活动层,其在冬季冻结但在温暖的月份解冻,暴露碳。更深层次的测量检查了永久冻土层上方的土壤,每年只能解冻一小段时间。这些变化在两个深度产生了生物学和化学的根本差异。

“我们希望观察到两个采样深度之间不同的变暖反应,”约翰斯顿说。 “在全球范围内正在观察永久冻土的持续融化,因此我们对评估解冻永久冻土的微生物反应特别感兴趣。”

康斯坦丁尼斯说,这项研究强调了微生物群落对气候变化贡献大气甲烷和二氧化碳的重要性。

“由于这些系统中含有大量的碳,以及在本实验和其他研究中发现的对变暖的快速而明确的反应,土壤微生物 - 尤其是北纬地区的微生物 - 及其活动越来越明显需要在气候模型中有代表,“他说。 “我们的工作提供了可以用于这个方向的标记物种和基因。”

猜您喜欢的其它内容