清華大學環境學院郭雪博士和美國俄克拉荷馬大學合作者的文章「Climate warming restructures seasonal dynamics of grassland soil microbial communities」於2022年9月15日在mLife 正式上線。該研究團隊利用野外增溫實驗研究了溫帶草地土壤微生物群落響應氣候變暖的季節性動態變化規律，發現增溫環境下的土壤微生物群落與對照組之間的差異隨季節非線性增大，且增溫同時增強了不同季節（尤其是寒冷季節）微生物網絡的複雜性和穩定性。
背景介紹
近20年來，圍繞土壤微生物響應氣候變暖的機制開展了大量研究，極大地豐富了我們對於土壤微生物群落變化和調控碳氮循環功能的認識。地球陸地生態系統的大部分區域都受到季節變化的影響，但是目前人們對於氣候變暖條件下土壤微生物的季節性演變仍然所知甚少。
科學發現
該團隊分析了長期增溫條件下溫帶草地生態系統一年內逐月的土壤微生物群落，發現增溫顯著(p= 0.001)改變了土壤微生物群落結構（圖1A），導致增溫環境下的土壤微生物群落與對照組的差異隨季節呈非線性增加(R2 = 0.578,p= 0.021)。在夏季，增溫環境下的土壤微生物群落與對照組之間的差異最小，而在溫度更低的春季和冬季其與對照組之間的微生物群落差異增大（圖1B）。同時，微生物群落的分散性（dispersion）也在增溫條件下顯著增大（圖1C）。
圖1 增溫改變土壤微生物群落季節性變化。增溫改變微生物群落結構（A），導致微生物群落變異隨季節增大（B）並增強了群落的分散性（C）
基於隨機矩陣理論的方法，構建了增溫和對照條件下不同季節和全年的微生物分子生態網絡。所有這些微生物網絡均表現出無標度和小世界特徵，網絡鏈接的分佈與網絡規模無關。分子生態網絡分析表明，在不同季節增溫都不同程度地增加了微生物網絡的複雜性（圖2A），導致網絡節點數、連接性、連接度、平均聚集係數、相對模塊性等網絡拓撲學參數增大（圖2B）。儘管不同季節微生物網絡的大小和複雜性存在較大差異，但比較不同季節發現，在溫度更低的季節增溫對微生物網絡結構的影響程度要明顯高於溫暖的夏季。
圖2 增溫影響微生物群落網絡結構。增溫增強不同季節微生物網絡的複雜性（A），導致網絡相關拓撲學指標增大（B）
總結展望
該研究結果證明氣候變暖重塑溫帶草地土壤微生物群落的季節性動態變化，導致冬季土壤微生物群落結構和網絡結構對增溫產生更大的響應。隨着時間的推移，這種季節性響應可能會改變土壤群落物候和相關功能，並對陸地碳循環產生影響。這些土壤微生物群落季節動態的信息對於預測全球碳循環過程具有重要指導意義。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mlf2.12035
引用本論文：
Guo X, Yuan M, Lei J, Shi Z, ZhouX, Li J, et al. Climate warming restructures seasonal dynamics of grassland soil microbial communities. mLife. 2022.
https://doi.org/10.1002/mlf2.12035
