徐建明教授团队在ISME J发文揭示火灾森林土壤中火成有机质对土壤微生物组的调节机制

发布者:鲁小城发布时间:2021-01-31浏览次数:1007

自然火灾每年在全球范围内烧毁高达3.5亿公顷的植被,而且近年来有越演越烈的趋势,与全球变化密切相关。针对火灾对森林生态系统地上部分的影响,学界已展开了比较充分的研究,但森林火灾对地下生态系统的影响及机理尚知之甚少。

近日,浙江大学环境与资源学院徐建明教授团队在Nature旗下的The ISME Journal杂志上在线发表了最新研究成果“Habitat heterogeneity induced by pyrogenic organic matter in wildfire-perturbed soils mediates bacterial community assembly processes”,首次揭示了火成有机质(Pyrogenic Organic Matter, PyOM)对森林土壤微生物组有着关键性的调作用。

火成有机质是森林火灾过程中生成的一类富碳物质,包括植被火灾中产生的半烧焦生物质、木炭或黑炭。徐建明教授团队通过研究未火灾森林土壤、火灾森林土壤和火成有机质,发现土壤细菌群落沿着未火灾土壤火灾土壤火成有机质梯度逐渐演替,微生物α-多样性则呈现先升高后降低的U型曲线趋势,火成有机质与火灾土壤中的微生物群落结构有着强烈的相关性。进一步通过对未火灾土壤和火成有机质群落的模拟发现,模拟群落可以重现火灾森林土壤中的微生物组在群落结构和多样性上的相关特征。通过分析土壤细菌特有种和火成有机质细菌特有种在系统发育树上连续簇的特征发现,土壤细菌特有种和火成有机质细菌特有种有着pH生态位上的显著性差异,这与生境间pH差异趋势完全一致。

1未火灾土壤、火灾土壤与火成有机质的微生物组多样性和群落结构特征。(ac细菌群落结构随环境pH的变化。(bd)细菌多样性随环境梯度呈现先升高后降低的U型曲线趋势。(ef)土壤细菌群落沿着未火灾土壤火灾土壤火成有机质梯度逐渐演替,火灾土壤与火成有机质中的细菌群落结构有着强烈的相关性

2 生态位的保守性与其系统发育连续簇。(a)不同微生物区系的保守生态位体现在区系内部物种有着相似的功能性状,共享一个相似的生态位。(b)保守生态位在系统发育上表现为栖息地偏好的连续簇。

3 土壤细菌特有种与火成有机质细菌特有种在系统发育上的分布规律。光环外圈标志表示细菌特有种,若外圈留白则表示该细菌不对土壤火成有机质环境梯度响应,光环内圈标志表示系统发育连续簇。光环内部为6个最大细菌门的Fritz1 – D统计量(P < 0.01),1 – D越高则特有种在对应的门内有着更强的系统发育保守型


该研究填补了森林火灾引起的土壤理化性质变化与微生物组生态响应之间联系的研究空白,阐述了火成有机质对火灾森林地下生态系统的重要调节作用,为土壤环境科学、微生物生态学、全球变化等研究领域贡献了创新研究思路和探索手段。

该研究得到国家自然科学基金重点国际合作研究项目、创新研究群体项目等资助。浙江大学环境与资源学院硕士毕业生张鲁鋆与马斌研究员为共同第一作者,徐建明教授为通讯作者。

 

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41396-021-00896-z