科研动态

成果一：土壤微生物生物量季节性的纬度变化

土壤微生物最终驱动土壤有机碳的矿化，进而驱动生态系统的功能。本研究编制了一个微生物生物量碳(MBC)的季节性数据集，并开发了一个半机械模型来绘制全球微生物生物量碳(MBC)的月分布。MBC在南北半球之间表现出赤道对称的季节性。北半球在低纬度地区MBC在秋季最高，春季最低(<25°N)，在中纬度地区MBC在春季最高，秋季最低(25°N t o 50°N)，而在高纬度地区MBC在秋季最高，春季最低(>50°N)。MBC季节性的这种纬向转移归因于土壤温度、土壤湿度和基质有效性的相互作用。MBC的季节性与异养呼吸模式不一致。本研究强调了在微生物模型中明确表示微生物生理学的必要性。环境和基质对微生物季节性的交互控制为更好地表征微生物机制模拟生态系统季节性功能提供了思路。

该成果得到美国国家科学基金会，圣地亚哥州立大学和加州州立大学生物技术教育和研究项目，国家自然科学基金项目，青海省2021年度第一批中央引导地方科技发展资金项目等资助，赵发珠副教授和何利元博士共同第一作者已发表在PNAS 子刊《PNAS Nexus》上。

标准化MBC季节性的纬向分布

题目:Latitudinal shifts of soil microbial biomass seasonality

来源:https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgac254

 成果二：土壤启动效应强度的全球生物地理学

土壤中新鲜碳（C）的输入会对土壤有机质的分解速率（启动效应）产生重要影响，从而影响土壤-大气界面的全球碳平衡。然而，在全球范围内，控制土壤启动效应强度的环境因素仍然知之甚少。本研究建立了一个全球711个土壤CO2排放通量数据集，包括13C或14C简单C源输入，没有来自培养实验的C输入，其中同位素标记的C用于量化鲜C诱导的而不是渗出物诱导的启动效应。结果表明，土壤启动效应强度主要为正。土壤质地和C含量被确定为与启动效应相关的最重要因素，热带和中纬度地区的沙质土壤有最高的土壤启动效应强度，而高纬度地区C含量较高和质地细腻的土壤保持最低的土壤启动效果。C含量与土壤启动效应强度之间的负相关也由变化的年均温、净初级生产力和真菌：细菌比间接驱动。通过这些信息，研究绘制了土壤启动效应强度的全球地图，发现高纬度地区的启动强度较低，而低纬度地区则较高。同时，研究结果表明，土壤启动效应强度的全球模式可以使用环境数据进行预测，土壤质地和C含量在解释启动效应中起主要作用。这些影响也间接受到气候、植被和土壤微生物特性的影响。本研究建立了第一个全球土壤启动效应强度图谱，并进一步了解了土壤启动效应的潜在机制，这些机制对改善地球系统模型的气候变化和土壤C动力学组成部分至关重要。

该成果得到国家自然科学基金项目，中国博士后科学基金项目，陕西省自然科学基础研究计划项目，国家林业和草原局科技创新发展研究项目等资助，赵发珠、袁凤辉和杨改河共同通讯作者已发表在《Global Ecology and Biogeography》上。 

全球启动效应强度模式（%）

题目:The global biogeography of soil priming effect intensity

来源:https://doi.org/10.1111/geb.13524

成果三：驱动微生物磷循环基因群沿海拔梯度增加丰度的不同机制

 微生物在森林土壤磷（P）循环中起着不可或缺的作用。然而，森林土壤中微生物P循环功能基因及其控制因素的变异尚不清楚。本研究使用宏基因组学，研究了P饥饿反应调节，P摄取和运输以及P溶解和矿化的基因丰度沿五个海拔梯度参与的变化。结果表明，3个P循环基因群的丰度随海拔梯度增加。酸杆菌和变形杆菌是决定土壤P溶增和固定化周转的主要微生物门。在海拔梯度上，土壤基质是解释P饥饿反应调节基因变化的主要因素。土壤环境是磷吸收和转运以及磷溶和矿化基因的主要驱动力。本研究从微生物功能谱的角度对P循环调控提供了见解，突出了土壤基质和环境因子对森林土壤P循环基因的重要性。

该成果得到国家自然科学基金项目，青海省2021年度第一批中央引导地方科技发展资金项目，中国博士后科学基金项目，陕西省国际科技合作与交流重点项目等资助，赵发珠通讯作者已发表在Cell子刊《iScience》上。  

磷循环基因与土壤理化性质和环境因子的关系

题目:Different mechanisms driving increasing abundance of microbial phosphorus cycling gene groups along an elevational gradient

来源:https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105170 

 成果四：森林土壤微生物功能基因与海拔梯度净氮矿化的关系 

土壤净氮（N）矿化，即有机氮矿化和矿物氮固定之间的差异，随着海拔的变化而变化，从而决定了植物生产力和土壤N沿海拔梯度的循环。然而，不同的微生物功能基因如何影响沿着这些梯度的土壤净氮矿化率尚待确定。为了解决现有知识中的这一缺陷，本研究进行了宏基因组测序，以识别土壤微生物功能基因，这些基因编码在海拔1503至3182米的海拔梯度上的五个森林地点参与氮循环的酶。结果表明，随着海拔的升高，净氮矿化率呈单峰模式，在中高海拔位置检测到峰值（0.18 mg kg-1 d -1）。此外，研究发现参与反硝化和氨同化途径的编码酶的基因丰度与净氮矿化率之间存在显著相关性（p<0.05），蓝细菌门、酸杆菌门和浮霉菌门中的微生物物种，含有关键功能基因，在决定净氮矿化率方面发挥着主导作用。同时，结果表明，土壤基质含量（铵态氮和亚硝酸盐氮、C:N）和土壤环境（土壤温度和土壤湿度）通过对微生物群落组成和功能基因的调节作用，是土壤净氮矿化的主要驱动因素。因此，本研究对森林土壤中净氮矿化的微生物宏基因组基础进行了表征，同时强调了土壤微生物功能基因、土壤基质和环境因素的综合贡献在决定不同海拔森林土壤中氮循环的重要性。 

该成果得到青海省2021年度第一批中央引导地方科技发展资金项目，中国博士后科学基金项目，陕西省国际科技合作与交流重点项目等资助，赵发珠通讯作者已发表在《European Journal Of Soil Science》上。

不同海拔功能N循环基因丰度变化及其与土壤氮特性（净淡矿化速率、NH₄⁺、NO₃^-、NO₂^-和MBN）的关系

题目:Linkage between microbial functional genes and net N mineralisation in forest soils along an elevational gradient

来源:https://doi.org/10.1111/ejss.13276