微生物适应使保护性农业缓冲变暖条件下的持续碳损失

《The ISME Journal》：Conservation agriculture buffers persistent carbon loss under warming by microbial adaptation

　　

摘要

微生物碳利用效率(CUE)主导着变暖条件下土壤碳的固存，其大小高度依赖于微生物代谢如何适应不同底物。农业管理如何介导农业生态系统中的这种响应仍知之甚少。为解决这一问题，我们将社区水平CUE的1?O-H?O示踪与底物利用效率(SUE)的13C探测相结合，使用葡萄糖作为易利用的碳水化合物和香草醛作为较难获取的木质素衍生的芳香底物，在常规农业和农业保护条件下，经过11年的实验增温后，研究不同明显生物可利用性的底物。增温刺激了两种管理方式下葡萄糖的SUE，而香草醛的SUE仅在保护性农业下下降了20%。这种相对合成效率(RAE, SUE葡萄糖/SUE香草醛)的变化与增温引起的CUE变化相关，主要通过香草醛而非葡萄糖SUE的变化。同时，保护性农业在增温下改善了底物质量，表现为凋落物木质纤维素指数降低。作为响应，微生物群落表现出不同的功能适应，向具有更高rRNA操纵子拷贝数的多营养型类群转变，合成与分解基因比值增加了16%，表明微生物生长潜力增强，对不稳定碳处理的投入更大。结构方程模型进一步显示，底物质量的转变是RAE的主要驱动因素，通过保护性农业下微生物生活史策略的变化介导。总之，这些结果为基因组解析的机制框架提供了依据，表明保护性农业通过重塑微生物相对合成效率和代谢策略，增强了增温下土壤碳的固存，凸显了代谢适应作为调节变暖农业生态系统中土壤碳稳定性的关键机制。

图形摘要

在新标签页中打开下载幻灯片