增温条件下滇西北高原湿地优势植物凋落物有机碳分解的差异化特征及微生物驱动机制

Climate warming may preferentially alter the degree of litter decomposition, while microorganism is a key to drive organic carbon (C) decomposition in litter. In this project, based on the forecasted warming scenarios from IPCC and climate change report in China, two temperature increments (1.5 oC and 3.5 oC) have been set outdoors using Open-top chambers in a typical plateau wetland (Napahai) of Northwestern Yunnan, which belongs to the sensitive regions of climate warming. Litter will be sampled from three dominant wetland species in Napahai, including Scirpus tabernaemontani, Sparganium stoloniferum, and Hippuris vulgaris. The main goals of this proposal are: (i) to analyze the preferential decomposition of organic C compounds in litter tissues under warming; (ii) to explore the effects of warming on strain-specific diversity of microbial populations using Shannon entropy Oligotyping, and to determine the changing patterns of the key C-related enzymes; (iii) to elucidate warming-driven ecological interactions between “microorganism-organic C decomposition” in litter based on space-dependent rank correlations that define local and national-scale biogeographic structure. This project will provide sound theoretical basis for assessing C cycling patterns in plateau wetlands for wetlands protection in the face of regional climate warming scenarios.

气候变暖有可能“选择性”地改变湿地植物凋落物的分解强度，而微生物是凋落物有机碳分解的关键驱动者。本项目选取气候变化敏感区——滇西北高原湿地(纳帕海)为研究区域，选择湖滨带三种优势植物（水葱、黑三棱和杉叶藻）的凋落物为研究对象，基于IPCC及我国气候变化报告，设计野外开顶式生长室（Open-top chamber）原位增温系统，在模拟增温1.5 oC和3.5 oC条件下，重点开展：1）增温对凋落物不同组分有机碳分解的相对选择性及强度的影响；2）基于Oligotyping识别技术，揭示增温对凋落物表面“亚种”水平微生物群落结构的影响，并阐明关键性涉“碳”功能酶的变化特征；3）基于局部相似-网络分析技术，探索增温驱动下，凋落物“微生物生态-有机碳分解”的生态关联性。本项目可为科学评估气候变暖对高原湿地生态系统碳循环的影响、加强高原湿地的保护提供理论依据。

本项目以滇西北高原湿地为研究区域，选择湖滨带3种优势湿地植物（水葱、黑三棱和杉叶藻）的凋落物为研究对象，分析了凋落物分解对模拟气候变暖及生境差异的响应特征。对照《任务书》研究要点，本项目主要取得如下研究成果：.1. 影响凋落物分解的关键因素包括植物质量、气候变暖以及生境差异。其中，植物质量（化合物组分）对分解的贡献度为28.8%，气候变暖的贡献度为6.30%，生境差异的贡献度为34.9%，生境差异是影响凋落物分解快慢最重要的环境因子。.2. 模拟增温主要改变了凋落物叶际微生物的群落组成特征，而生境差异主要影响叶际微生物的绝对数量、微生物多样性、群落结构组成以及功能代谢活性。.3. 与大气生境、水体生境相比，处于土生境中的凋落物叶际微生物具有最高的群落功能代谢活性及醇类碳源利用程度。.4. 在凋落物分解实验研究中发现，植物腐殖酸内含物是影响土壤微生物准确定量的干扰因素。本研究提出了一种基于核酸与腐植酸“共稀释”的研究模型，利用该模型确定了理论稀释倍数，从而使微生物定量结果趋于准确。.5. 依托项目经费，发表中文期刊论文5篇（权威期刊3篇，核心期刊2篇），发表SCI论文5篇（一区论文4篇，四区论文1篇）。其中，有6篇论文将该项目作为第一标注，2篇论文为第二标注。.6. 依托该项目，协助培养研究生3名，均已获得硕士学位。.湿地植物凋落物的分解是全球“碳”循环的重要组成部分，该项研究明确影响湿地植物凋落物分解最为关键的因素为生境差异、明确微生物是凋落物分解的关键驱动者，从而为提高湿地“碳”汇管理水平提供了新的思路。同时，通过研究植物凋落物腐殖酸对土壤微生物绝对定量的干扰特征，提高了土壤微生物绝对定量的准确性，为实现土壤微生物准确定量这一重要科学问题提供了较为新颖的技术手段。