全球變化背景下溶解有機碳和微生物的生態(tài)網(wǎng)絡(luò )關(guān)系研究取得進(jìn)展
溶解性有機碳是水生生態(tài)系統中最大的碳庫之一，其分子構成和周轉動(dòng)態(tài)受到微生物的調控。具體表現為，微生物通過(guò)降解和生成作用影響著(zhù)有機碳分子的多樣性，在此過(guò)程中形成了有機碳分子性狀，包括分子量和生物可利用性等，這些性狀決定著(zhù)有機碳的歸驅。同時(shí)，有機碳作為微生物新陳代謝的能量和碳源，也影響著(zhù)微生物群落的組成、多樣性和功能。相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題包括：如何量化自然界中有機碳和微生物之間的耦聯(lián)關(guān)系，以及這一關(guān)系如何受到氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)等全球環(huán)境變化的獨立和交互影響。
為了解決上述科學(xué)問(wèn)題，本研究構建了“能量-多樣性-性狀”（EDTiA）的理論框架（圖1），即：運用了生態(tài)網(wǎng)絡(luò )等模型，建立了量化溶解性有機碳分子構成與細菌物種之間耦聯(lián)關(guān)系的特異性指數，提出了氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)通過(guò)能量、多樣性和有機碳分子性狀直接或間接影響有機碳-微生物耦聯(lián)關(guān)系。進(jìn)一步，將此框架應用于大空間尺度的山地水體微宇宙實(shí)驗，定量了溫度變化和營(yíng)養富集對這一耦聯(lián)關(guān)系的獨立和交互影響（圖1）。
研究結果表明，特異性指數在不同氣候帶均對溫度和營(yíng)養富集存在著(zhù)顯著(zhù)的響應，具體表現為，營(yíng)養富集促進(jìn)了有機碳生成的特異性，但降低了有機碳分解的特異性；后者的響應在亞熱帶山區更顯著(zhù)，表明營(yíng)養富集將促進(jìn)亞熱帶地區有機碳被更多的細菌分解（圖2）。進(jìn)一步通過(guò)結構方程模型等統計方法，量化了溫度和營(yíng)養鹽主要通過(guò)“能量-多樣性-性狀”間接驅動(dòng)著(zhù)兩者的耦聯(lián)關(guān)系，從而揭示了全球變化背景下山地水體微生物介導碳循環(huán)過(guò)程的環(huán)境響應機理。本研究闡釋了有機碳和微生物的耦聯(lián)關(guān)系受到全球環(huán)境變化的影響，對湖泊有機碳庫的動(dòng)態(tài)變化具有重要指導意義，也對人類(lèi)活動(dòng)如何影響未來(lái)環(huán)境變化下的有機碳動(dòng)態(tài)提供了科學(xué)參考。
相關(guān)研究成果以研究論文的形式，發(fā)表在綜合性期刊Nature Communications。文章通訊作者是中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所王建軍研究員，第一作者為湖南農業(yè)大學(xué)胡盎副教授。文章得到了眾多合作者的指導和支持，研究工作得到了國家自然科學(xué)基金等項目的資助，也獲得中科院太湖湖泊生態(tài)系統研究站的數據支持。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31251-1
圖1 全球變化對有機碳-微生物耦聯(lián)關(guān)系的影響的理論框架
圖2 有機碳-微生物耦聯(lián)關(guān)系的特異性及其驅動(dòng)要素