地大新聞網(wǎng)訊 （通訊員 侯建湘）近日，我校地質(zhì)微生物與環(huán)境全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室謝樹(shù)成院士團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表論文《微生物對(duì)植物群落變化的響應(yīng)保護(hù)全新世干旱時(shí)期泥炭地碳儲(chǔ)存》（Microbial responses to changing plant community protect peatland carbon stores during Holocene drying）。論文第一作者為張一鳴博士，通訊作者為黃咸雨教授。該研究通過(guò)綜合植物大化石、微生物脂類(lèi)生物標(biāo)志物及其單體碳和氫同位素特征、泥炭有機(jī)質(zhì)組成和碳積累歷史，揭示了過(guò)去千年尺度上干旱時(shí)期泥炭地碳儲(chǔ)存韌性的植物-微生物調(diào)控機(jī)制。
全新世期間趙公亭泥炭地植被、微生物、泥炭有機(jī)質(zhì)組成及碳積累的變化
研究聚焦我國(guó)亞熱帶趙公亭泥炭地，重建了過(guò)去近萬(wàn)年間植被、有機(jī)質(zhì)、微生物與碳儲(chǔ)存的聯(lián)動(dòng)演化過(guò)程，同時(shí)分析匯總了來(lái)自全球155處泥炭地的碳積累歷史和古生態(tài)記錄。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在全新世中期約8000至6000年前，趙公亭泥炭地的區(qū)域氣候變暖干燥，驅(qū)動(dòng)泥炭地內(nèi)木本植物迅速擴(kuò)張，草本比例下降，泥炭地植物群落發(fā)生顯著轉(zhuǎn)變。這一植被變化引發(fā)了微生物代謝的“變軌”，細(xì)菌和真菌的生物量呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，其代謝方式也從以分解有機(jī)質(zhì)為主的異養(yǎng)代謝，逐漸轉(zhuǎn)向異養(yǎng)代謝受抑而自養(yǎng)代謝相對(duì)增強(qiáng)的狀態(tài)。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)泥炭有機(jī)質(zhì)組成示蹤發(fā)現(xiàn)，這種微生物代謝的轉(zhuǎn)變與泥炭中可降解碳（如多糖）的減少、難降解碳（如芳香類(lèi)化合物）的增加密切相關(guān)。換言之，木本植物產(chǎn)生的富含芳香類(lèi)化合物的有機(jī)質(zhì)，既限制了微生物對(duì)碳的分解，也迫使微生物適應(yīng)新的代謝方式。
氣候驅(qū)動(dòng)泥炭地木本植物擴(kuò)張及其對(duì)有機(jī)質(zhì)組成、微生物代謝與碳積累的影響
這種植被和微生物的協(xié)同轉(zhuǎn)變，構(gòu)建了一道“天然屏障”，保護(hù)泥炭地碳儲(chǔ)存免受干旱的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在木本植物擴(kuò)張時(shí)期，盡管氣候干旱，但泥炭地的有機(jī)碳表觀(guān)積累速率反而達(dá)到了近萬(wàn)年來(lái)的峰值，是非木本植物擴(kuò)張時(shí)期的三倍。這一現(xiàn)象，正是由于植被結(jié)構(gòu)調(diào)整、有機(jī)質(zhì)組成和微生物代謝活動(dòng)的轉(zhuǎn)變，共同減緩了碳的分解流失。
團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這一機(jī)制在全球范圍內(nèi)具有普遍性。通過(guò)進(jìn)一步匯總來(lái)自全球155個(gè)泥炭地的196個(gè)泥炭沉積核心的長(zhǎng)期表觀(guān)碳積累速率和古生態(tài)記錄，證實(shí)了木本植物擴(kuò)張時(shí)期碳積累速率普遍升高，且在熱帶地區(qū)表現(xiàn)尤為顯著。這表明在當(dāng)前和未來(lái)的氣候變暖背景下，適度的木本植物擴(kuò)張與微生物的關(guān)鍵響應(yīng)，很可能是維持泥炭地碳儲(chǔ)庫(kù)功能的重要生態(tài)反饋過(guò)程。
該研究系統(tǒng)揭示了在千年尺度上，泥炭地植被-有機(jī)質(zhì)組成-微生物代謝的聯(lián)動(dòng)反饋如何增強(qiáng)碳儲(chǔ)存韌性，為理解碳循環(huán)關(guān)鍵過(guò)程提供了新視角。尤其在全球面臨氣候變暖、干旱加劇的當(dāng)下，該發(fā)現(xiàn)為泥炭地的保護(hù)與恢復(fù)提供了理論依據(jù)，也提示人們?cè)诠芾砟嗵康厣鷳B(tài)系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮微生物與植被群落的協(xié)同作用。
該研究由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）牽頭，由謝樹(shù)成院士指導(dǎo)，合作者包括趙炳炎博士、閆超陽(yáng)碩士、張宏斌副研究員、東北師范大學(xué)趙紅艷教授、英國(guó)布里斯托大學(xué)Richard Pancost教授、Toby Halamka博士、Rebecca Peel博士、Mike Vreeken博士生、英國(guó)?？巳卮髮W(xué)Angela Gallego-Sala教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“地質(zhì)微生物與地球重大環(huán)境轉(zhuǎn)型”、區(qū)域聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、青年項(xiàng)目、“111計(jì)劃”項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。
近年來(lái)，由謝樹(shù)成院士領(lǐng)銜的“水碳”關(guān)系研究團(tuán)隊(duì)，圍繞著泥炭濕地在氣候-植物-微生物-碳循環(huán)之間的關(guān)系，以神農(nóng)架大九湖和中國(guó)南方山區(qū)泥炭地為研究基地，以微生物脂類(lèi)單體碳和氫同位素組成為關(guān)鍵抓手，開(kāi)展了一系列現(xiàn)代季節(jié)性監(jiān)測(cè)與古生態(tài)關(guān)鍵過(guò)程研究。團(tuán)隊(duì)成員廣泛開(kāi)展國(guó)際合作，針對(duì)熱帶、亞熱帶、高緯度等不同氣候區(qū)的泥炭地開(kāi)展聯(lián)合研究，進(jìn)一步從穩(wěn)定碳?xì)渫凰財(cái)U(kuò)展到放射性碳同位素上，深入揭示泥炭濕地碳循環(huán)的關(guān)鍵過(guò)程與機(jī)制。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62175-1
（編輯 焦思勤 審稿 陳華文）
鄂公網(wǎng)安備 42011102004169號(hào)
