当雄高寒草地土壤微生物群落生活史性状对气候变化的响应研究

Recent global warming has lead to massive loss of the ecological service function of alpine grasslands on the Tibetan Plateau. Soil microbes play important roles in global carbon and nitrogen cycles. Therefore, understanding how the soil microbial community response to climate change is crucial to predict future climate change. We will choose the alpine grassland in Dumxung as our research subject to investigate the response of soil microbial community to temperature and precipitation systematically. Microbial life-history traits with the combination of microbial community composition, microbial functions and soil physiochemical properties will be used to study soil microbial community dynamics over multiple timescales in the alpine grassland. Furthermore, we are going to investigate the effect of climate change on microbial life-history traits, community compositions and functions and to assess the relationships among them. Consequently, we are going to illustrate the mechanisms of soil microbes response and feedback to climate change to predict potential changes of microbial community in the alpine grassland. Finally, all findings from the experiments will also provide empirical data and theoretical basis for the management and protection of alpine grasslands.

高寒草地生态系统对气候变化敏感，最近的气候变暖，已经造成高寒草地生态服务价值大幅降低。土壤微生物在维持生态系统功能和稳定性方面起着非常重要的作用，认识土壤微生物群落如何响应气候变化是预测未来高寒草地变化趋势的前提。本项目拟选择当雄海拔梯度上的高寒草地为研究对象，结合微生物学与土壤学的研究方法，以微生物生活史性状为线索，观测多种时间尺度上土壤微生物群落动态变化，研究土壤微生物生活史性状如何响应降水、温度和植被的变化，查明环境变化改变微生物种群生活史性状进而影响群落组成和功能的关系，揭示土壤微生物群落对环境变化的动态响应规律，阐明土壤微生物响应气候变化的生理机理，建立未来气候变化情景下高寒草地土壤微生物群落的响应模式，为青藏高原高寒草地资源管理与保护提供数据基础和理论依据。

生物通过不同生活史策略应对环境变化实现生存和繁衍。应对环境变化过程中，微生物种群经历迟滞期、生长对数期、稳定期和衰亡期等生长阶段，表现出生长、分裂、休眠、形成芽孢等生活史性状，受到不同生活史的特征基因调控。以微生物生活史特征调控基因为线索，结合微生物多样性基因和功能基因，拆解不同微生物类群应对环境变化的生活史策略，将为土壤微生物生态研究提供一个新的研究思路。基于此，以当雄典型高寒草甸为研究对象，通过对比不同时间尺度下，微生物类群的生长、分裂和休眠性状变化，研究微生物群落生活史策略。结果表明：i)原核和真核微生物群落多样性、结构和相互作用呈现出明显的年际变化，可能受到大气环流等周期性因素的影响；ii) 由春季至冬季，原核微生物多样性显著增加，而真核微生物变化不显著，可能受到植被物候和低温影响；iii)受到昼夜温差、瞬时性降水和植被光合作用的影响，微生物生活史特征基因也具有昼夜变化规律。以上结果解释了温度、降水和植被物候对土壤微生物种群组成和功能的影响，初步阐明了高寒草地土壤微生物群落生活史性状季节变化特征，明确了环境因素影响土壤微生物生活史性状特征基因的差异，揭示了不同微生物类群响应环境变化生活史策略，为微生物通过生活史策略响应和适应环境变化机理研究提供基础数据。