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成都生物所在大尺度森林土壤甲烷氧化细菌群落分布格局研究中获进展
发表日期: 2021-08-23 作者: 寇涌苹 文章来源:
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 甲烷氧化细菌驱动的甲烷氧化过程是土壤中唯一的甲烷(CH4)生物汇,该过程每年可从大气中移除约30TgCH4,在减缓全球变暖中起到了重要作用。已有研究表明,土壤中不同甲烷氧化细菌甲烷氧化能力不同,并且不同甲烷氧化细菌适应不同的气候生态环境条件。相比其它生态系统,森林土壤被认为具有最大的甲烷汇能力,但近年来研究显示森林土壤甲烷汇能力显著下降。因此,增加对森林土壤中甲烷氧化细菌群落分布格局、构建机制和关键驱动因素的认识极为重要。此外,当前针对森林土壤甲烷氧化细菌群落的研究主要集中在某个或几个森林位点,从跨越多个气候带大尺度上开展森林土壤甲烷氧化细菌群落分布格局、构建机制和关键驱动因素的研究极度缺乏。 

 本研究从跨越中国南北4000 km的寒温带、温带、暖温带、亚热带和热带5个温度带26个森林中收集了381个土壤样品。利用Miseq高通量测序技术,零模型和结构方程模型,结合前期开发和已发表的甲烷氧化细菌pmoA基因生物信息学分析流程(Kou et al., 2017),分析了甲烷氧化细菌在大尺度森林土壤中的生物分布格局。结果显示甲烷氧化细菌种群丰富度沿纬度呈现单峰分布模式,干旱度和植物生产力是驱动其分布的关键因素,这说明在将来全球气候变化框架下,大尺度上甲烷氧化细菌种群丰富度主要响应气候和植被因素的变化。其次,我们首次揭示了AOB-rel甲烷氧化细菌类群广泛分布在各种类型森林土壤中,并且相对丰度较高的USCαAOB-rel类群沿纬度呈相反分布趋势,表明这两种类群在大尺度上适应完全相反的生态位。与影响甲烷氧化细菌种群丰富度的关键因素不同,我们发现土壤pH是驱动甲烷氧化细菌群落差异分布格局的关键因素,其可直接影响或者通过影响土壤金属离子浓度间接影响甲烷氧化细菌群落。最后,确定性过程主要负责大尺度上森林土壤中甲烷氧化细菌的群落构建。以上结果可改善未来全球气候变化框架下生态系统功能模型预测精准性。 

 相关成果以“Diversity patterns and drivers of methanotrophic gene distributions in forest soils across a large latitudinal gradient”为题,发表于国际生物地理权威TOP期刊Global Ecology and Biogeography2021, IF=7.144)上。刘庆研究员为本文通讯作者,寇涌苹助理研究员为本文第一作者, 赵文强副研究员,邴海健副研究员,吴艳宏研究员,肖江涛助理研究员,刘艳娇硕士生,王晓胡博士生为本文合作作者。特别感谢中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所吴艳宏研究员、邴海健副研究员在本工作中的大力支持。本研究得到了第二次青藏科考(2019QZKK0303)、中科院先导AXDA20020401)和中科院青年创新促进会(2017424, 2019363)等项目的资助。

 原文链接  

  1 全国森林土壤甲烷氧化细菌空间分布格局、群落构建和驱动因素 

  


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