科學家闡明生態系統功能的微生物維持機制

近日，東北林業大學生態學院團隊在生態系統多功能性的微生物維持機制方面取得新進展。該研究揭示了土壤微生物通過調整高產-資源獲取-脅迫耐受生態對策來應對干旱的內在機制，從微生物生態對策的新視角闡明了生態系統功能的微生物維持機制。相關成果發表于美國《國家科學院院刊》。

生態系統為人類提供的服務依賴于其多功能性，然而氣候變化引起的全球干旱事件正威脅著生態系統多功能性。如何提升生態系統的干旱韌性，已成為全球關注的重要科學問題。以往研究多聚焦于氣候、植被及地上生物多樣性等因素對生態系統多功能性的影響，而土壤微生物群落通過何種生態對策適應干旱并調控生態系統多功能性尚不清楚。

針對上述問題，團隊于2022年在全國范圍內開展了大規模的生態系統調查，采集了涵蓋森林、草地和荒漠生態系統的474份土壤樣本。通過測定涉及生產力、碳固持、土壤養分、水分調節、微生物分解及微生物棲息地這六個方面的20項關鍵功能指標，并采用平均值法和多閾值法量化生態系統多功能性。通過隨機森林分析方法發現，干旱是調控我國生態系統多功能性的核心驅動因子。

生態系統多功能性的關鍵驅動因子。東北林業大學供圖

研究成果還進一步分析揭示了生態系統多功能性對干旱的非線性響應，當干旱超過特定閾值后，生態系統多功能性會發生斷崖式下降。此外，土壤微生物功能衰退的干旱閾值要比植物功能和土壤功能的干旱閾值更高，表現最強的干旱抗性。因此，土壤微生物可能構成了抵御干旱、維持生態系統多功能性的“最后防線”。

研究結合宏基因組測序、穩定同位素示蹤和生理測定等技術，還量化了微生物的高產-資源獲取-脅迫耐受生態對策。研究發現微生物會通過增加對資源獲取和脅迫耐受生態對策的碳投資，以適應干旱引起的資源限制和環境脅迫，但這往往以犧牲其自身生長為代價。此外，微生物資源獲取和脅迫耐受生態對策會降低生態系統多功能性，而高產生態對策有助于提升生態系統多功能性。

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2511071122