项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

王春梅

项目受资助机构

北京林业大学

立项年度

2019

立项时间

未公开

项目编号

41971024

项目级别

国家级

研究期限

未知 / 未知

受资助金额

61.00万元

学科

地球科学-地理科学-水文学和气候学

学科代码

D-D01-D0102

基金类别

面上项目

关键词

分子生物学 ; 温室气体 ; 全球变暖 ; 泥炭湿地 ; 季节非对称性增温 ;

参与者

姜杰；李若愚；李俊仪；梁志霞；李赟；张乃元；王鹏

参与机构

未公开

项目标书摘要：高寒泥炭湿地储存了大量的碳且对气候变化敏感。驱动碳转化的微生物和碳的稳定性之间有复杂联动关系，两者的耦联作用及对增温的响应机制尚不清楚。本项目基于高寒泥炭湿地的野外增温控制实验，分析湿地地上和地下生物量碳对增温的敏感性差异，测定土壤CO2、CH4净交换通量，靶定16SrRNA和28SrRNA基因、产甲烷功能基因mcrA和甲烷氧化pmoA功能基因，量化功能微生物群落结构和丰度，阐明其对土壤碳释放的决定作用。利用不依赖于底物的同位素18O-H2O标记新方法，量化土壤微生物碳利用效率和周转时间，阐明增温对参与调控有机质分解的微生物碳代谢过程的影响；分析土壤有机碳化学结构的特征和真菌与细菌的群落组成对增温的响应，探究土壤分解菌群落演变与有土壤有机质分解动态之间的耦联关系，揭示土壤碳稳定性的微生物调控机制。该研究对于探明区域碳平衡及其对气候变暖的反馈具有重要意义。

Application Abstract: Alpine wetland stores a large amount of carbon and is sensitive to climate change.There is a complex linkage between microorganisms driving carbon transformation and carbon stability,and the coupling effect and response mechanism to warming are still unclear.In this project,an alpine peatland ecosystem on the Qinghai-Tibetan Plateau will be selected as a case to conduct a seasonal asymmetric warming experiment.First,we will analyze the sensitivity of aboveground and underground biomass carbon to warming,and measure the net exchange fluxes of CO2 and CH4 in soil.Targeting the 16S rRNA and 28S rRNA genes,mcrA and pmoA functional genes for methane production,the structure and abundance of microbial functional communities will be quantified and their decisive role in soil carbon release will be clarified.Second,a new method of isotope 18O-H2O labeling independent of substrate will be used to quantify soil microbial carbon use efficiency and turnover time,and to elucidate the effect of warming on microbial metabolism involved in the regulation of organic matter decomposition.In order to analyze the characteristics of soil organic carbon chemical structure and the response of fungi and bacterial community composition to warming,the coupling relationship between soil decomposition bacteria community evolution and organic C stability will be explored to reveal the microbial regulation mechanism of soil carbon stability.This will help to explore the regional carbon balance and its feedback on climate warming.

项目受资助省

北京市

项目结题报告(全文)

全球变暖可能会影响生态系统碳循环和土壤碳储量。全球变暖存在明显的季节差异性，其中冬季增温幅度最大，尤其是对于高纬度和高海拔地区而言，其气候变化可能会对土壤有机碳分解过程产生不成比例的巨大影响，因此，开展季节非对称性增温对土壤碳稳定性的特异性影响研究十分必要。以若尔盖泥炭湿地土壤为研究对象，野外设置开顶箱模拟季节非对称性增温，利用13C和18O同位素示踪法、13C核磁共振和高通量测序分子生物学手段，研究季节非对称性增温对土壤温室气体排放、不同组分碳稳定性和光合碳地上地下分配的影响，并综合微生物群落结构、微生物碳利用效率、碳转化功能基因和土壤酶活性的分析来阐明增温条件下土壤—植物—微生物的互相作用机制。.模拟增温加速了生态系统碳循环。季节非对称性增温和对照相比，植物光合作用固定碳平均增加72.33‰,且更多植物固定的碳将会传递到植物根系和土壤中；植物地上和地下生物量平均增加了7.47%和7.82%,生态系统呼吸平均增加了55.04%,增加幅度与增温幅度正相关，生态系统碳的输入和输出增加，加速了生态系统碳循环。.模拟增温虽显著改变土壤总碳含量，但改变了土壤有机碳的稳定性。土壤溶解性有机碳和微生物量碳含量平均增加了3.86%和6.56%。增温使得土壤大团聚体和游离微团聚体碳含量平均分别减少9.25%和11.72%,未团聚的黏粒和粉粒碳含量增加 116.79%,土壤碳向更稳定的组分迁移。另外，土壤活性有机碳组分Ⅰ和Ⅱ含量显著下降，惰性有机碳组分含量显著增加。土壤中不稳定的烷氧基碳含量在增温处理下减少，而烷基碳含量增多，影响程度随温度的提升而加大。长期增温将会影响土壤碳稳定性。.模拟增温改变了土壤土壤微生物群落结构和微生物的代谢活性。增温处理后，细菌和真菌的物种丰富度和群落多样性提高，且细菌和真菌的优势菌种相对丰度发生了改变，微生物碳利用效率降低，微生物的周转时间增加。另外，与有机碳分解有关的水解酶(纤维二糖水解酶)和氧化酶(过氧化物酶和多酚氧化酶)活性显著增加。.总之，增温实验显示加速了生态系统碳循环，且使土壤有机碳趋于稳定。