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幹涸的濕地會加速碳分解嗎? | 科技前線

2024-10-10科學

濕地是全球碳密度最高的生態系, 僅占陸地面積的3%,卻儲存了全球約30%的土壤碳 ,對調節氣候變遷至關重要。然而據統計,由於農業、畜牧業等生產需求, 全球大量濕地受到排水、開墾等活動的幹擾 ,導致約21%的濕地面積減少。

那麽,人為排水會導致濕地碳庫迅速減少嗎?近日,中國科學院植物研究所對 濕地排水與碳降解的關系 進行了探索,研究成果發表於【自然-氣候變遷】。

▲a:濕地;b:濕地排水

01

酚氧化酶:濕地碳降解的密碼

濕地巨量的有機碳積累得益於淹水造成的厭氧環境 ,這使得微生物的分解活動受到了極大的抑制,碳分解速率遠小於植物碳的輸入速率。


此前,在歐洲和北美廣泛分布的泥炭蘚濕地中發現, 一類由微生物分泌的、降解芳香類有機質的氧化酶——酚氧化酶在厭氧環境中活性大為降低 ,是導致濕地有機碳降解緩慢的關鍵限速因子。


然而,除了泥炭蘚濕地,全球還廣泛分布著以草本和木本植物主導的非泥炭蘚濕地。例如,中國三江平原濕地的優勢物種包括漂筏苔草、蘆葦等;若爾蓋濕地的優勢物種包括木裏苔草、華扁穗草等。一些研究發現, 雖然人為排水導致濕地面積減小,濕地厭氧環境被破壞,但 此類濕地排水後,酚氧化酶的活性卻不變,甚至降低 。這是為什麽呢?

▲a:泥炭蘚及泥炭蘚濕地;b:苔草(非泥炭蘚)主導的濕地

02

植物-微生物互作:全新視角

科研人員在2020年-2022年對中國30個經歷了長期排水的內陸濕地進行了采樣調查和分析,包括14個泥炭蘚濕地和16個非泥炭蘚濕地, 發現 植物次級代謝產物可以透過影響微生物,進而調控酚氧化酶對排水的響應

與苔草等植物相比,泥炭蘚能分泌大量酸性抑菌的次級代謝產物。 在泥炭蘚濕地中, 排水導致富含抑菌酚類代謝產物的泥炭蘚被草本植物所取代 ,植物抑菌代謝產物減少 ,進而增強了合成酚氧化酶的微生物的活性,提高了土壤酚氧化酶活性,導致泥炭蘚濕地有機碳降解增速,土壤碳含量在排水後迅速下降。

相反,在非泥炭蘚濕地中, 草本植物為了應對長期排水導致的幹旱及啃食脅迫,合成了更多的次級代謝產物 ,降低了合成酚氧化酶的微生物活性,進而導致酚氧化酶活性下降,土壤碳庫表現得更為「頑強」。

▲不同濕地中植物-微生物互動作用對酚氧化酶活性的調控

因此,植物代謝產物對微生物的調控作用決定了濕地酚氧化酶的活性。

植物-微生物聯動 ,方能助力濕地碳封存。這個新視角對濕地碳匯功能的維持和修復具有重要意義。

相關論文資訊:

https://doi.org/10.1038/s41558-024-02101-3

來源:中國科學院植物研究所

責任編輯:王穎