土壤微生物多样性通过胞外聚合物质组成调控土壤持水特性及其对干旱胁迫的响应

《Microbial Ecology》：Soil Microbial Diversity Alters Microhydrology through Extracellular Polymeric Substance Production

　　

摘要

土壤微生物群落具有多种应对新兴干旱胁迫的机制。其中一种已有充分文献记载的机制是微生物增加胞外聚合物质（EPS）的生成，这可能改变土壤密度和持水能力。然而，目前对于微生物多样性如何影响EPS形成的功能能力及其在水分动态中的结果仍知之甚少。为了进一步了解微生物群落的EPS生产情况，我们设置了无菌微宇宙，研究了微生物多样性（高或低处理组）和养分输入（补充或缺乏处理组）对这些过程的影响。为了捕捉微宇宙的微水文学特征，我们测量了持水量（WH）、入渗量、蒸发量，以及我们认为微生物正在改变的土壤特性（EPS、土壤团聚）。我们的假设是，如果多样性被人为操纵，那么通过EPS的生成，土壤-水特性将会发生改变。我们预测，低多样性系统的功能多样性较低，导致EPS产量减少、水分储存降低，与惰性土壤介质相比变化极小。正如预期，我们发现高多样性系统的水分保持能力更高，且随时间推移的水分流失速率低于低多样性系统。这一趋势在养分补充处理组中更为显著，表明EPS的生成及随后的持水特性是微生物群落的涌现特征。令人意外的是，我们观察到水分保持量与脂质型EPS的产量之间存在相关性。这表明，决定生物膜功能的是EPS的组成，而非其数量。综上所述，微生物多样性似乎影响着这些系统中与水分保持密切相关的土壤特性。迄今为止，微生物及其多样性在土壤水文学中所扮演的角色研究严重不足，因此本工作旨在构建对这些系统的生态学理解。这些发现具有价值，因为如果我们了解了微生物如何操纵土壤水分，就可以将这些功能应用于推动可持续农业实践，并增强干旱地区生态系统对水资源短缺的抵抗力。