氣候變化可能會(huì)影響微生物和樹(shù)木之間的共生關(guān)系

一些真菌和細(xì)菌與森林土壤中的樹(shù)根共生，以獲得互惠互利。微生物幫助樹(shù)木從大氣或土壤中獲取水和養(yǎng)分，隔離碳，并抵御氣候變化的影響。作為交換，它們接收碳水化合物，碳水化合物對(duì)于它們的發(fā)育是必不可少的，并且在光合作用期間由樹(shù)木產(chǎn)生。

來(lái)自幾個(gè)國(guó)家的200多名科學(xué)家，包括來(lái)自巴西的14名科學(xué)家，合作繪制了這些根系共生的全球分布圖，并進(jìn)一步了解了它們?cè)谏稚鷳B(tài)系統(tǒng)中的重要作用。他們確定了決定不同類(lèi)型共生體可能出現(xiàn)在何處的因素，并估算了氣候變化對(duì)樹(shù)根共生關(guān)系以及森林生長(zhǎng)的影響。

他們的結(jié)論是，如果二氧化碳(CO 2)的排放量持續(xù)到2070年，特別是在地球較冷的地方，大多數(shù)外生菌根樹(shù)的面積將下降10%。外生菌根是一種共生關(guān)系，發(fā)生在真菌共生體和各種植物物種的根之間。

這項(xiàng)研究的作者在5月16日出版的“ 自然”雜志的封面上刊登，其中包括巴西研究人員Carlos Joly和Simone Aparecida Vieira，他們都是坎皮納斯大學(xué)(UNICAMP)的教授和圣保羅研究基金會(huì)的協(xié)調(diào)員 - FAPESP研究項(xiàng)目生物多樣性特征描述，保護(hù)，恢復(fù)和可持續(xù)利用，以及植物生態(tài)學(xué)家Luciana Ferreira Alves，現(xiàn)在美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)。

“我們?cè)缇椭?，根系微生物共生是使某些?shù)種能夠在土壤非常貧瘠和有機(jī)物分解緩慢釋放養(yǎng)分的地區(qū)生存的關(guān)鍵。繪圖調(diào)查有助于我們了解這些樹(shù)種的分布情況。世界各地的關(guān)系以及決定它們的因素，“維埃拉說(shuō)。

研究人員專(zhuān)注于繪制三種最常見(jiàn)的樹(shù)根共生體圖：叢枝菌根真菌，外生菌根真菌和固氮細(xì)菌。每組包含數(shù)千種真菌或細(xì)菌，與不同的樹(shù)種形成獨(dú)特的伙伴關(guān)系。

三十年前，英國(guó)謝菲爾德大學(xué)的植物科學(xué)榮譽(yù)教授，共生研究的先驅(qū)，植物學(xué)家David Read畫(huà)了一張地圖，展示了他認(rèn)為不同的共生真菌可能存在于世界各地的地方。提供燃料樹(shù)生長(zhǎng)。

外生菌根真菌直接從有機(jī)物中提取氮，如腐爛的葉子，因此Read提出這些真菌在季節(jié)氣候較涼爽和干燥的森林中更為成功，其中分解緩慢且葉凋落物豐富。

相反，Read認(rèn)為，叢枝菌根真菌應(yīng)該在熱帶地區(qū)占主導(dǎo)地位，樹(shù)木生長(zhǎng)受到土壤磷的限制，溫暖濕潤(rùn)的氣候加速了分解。

最近，其他研究小組的研究表明，在具有堿性土壤和高溫的干旱生物群落中，固氮細(xì)菌似乎茁壯成長(zhǎng)。

由于從全球各地的大量樹(shù)木中收集并由全球森林生物多樣性倡議(一個(gè)由森林科學(xué)家組成的國(guó)際森林聯(lián)合會(huì))提供的數(shù)據(jù)，這些假設(shè)現(xiàn)在已經(jīng)變得可以檢驗(yàn)。

除了Joly和Vieira之外，GFBI的巴西成員還包括Pedro Henrique Santin Brancalion和圣保羅大學(xué)(USP)研究員RicardoGomesCésar; UNICAMP的Gabriel Dalla Colletta; 南巴伊亞聯(lián)邦大學(xué)丹尼爾皮奧托(UFSB); Blumenau大學(xué)(FURB)的AndréLuisde Gasper; 英國(guó)聯(lián)邦大學(xué)(UFAC)的Jorcely Barroso和Marcos Silveira; IêdaAmaral和Maria Teresa Piedade，國(guó)家亞馬遜研究所(INPA); Beotriz Schwantes Marimon，馬托格羅索大學(xué)(UNEMAT); 和北里奧格蘭德聯(lián)邦大學(xué)(UFRN)的Alexandre Fadigas de Souza。

近年來(lái)，GFBI附屬研究人員建立了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含來(lái)自110多萬(wàn)個(gè)森林地塊的信息，并已清理了28,000種樹(shù)種。他們調(diào)查了除南極洲以外的每個(gè)大陸70多個(gè)國(guó)家的實(shí)際樹(shù)木。

清單還包含有關(guān)土壤成分，地形，溫度和碳儲(chǔ)存等信息。

“與BIOTA-FAPESP相關(guān)的研究人員編制的地塊位于大西洋雨林地區(qū)，包括圣保羅州北部海岸，如卡拉瓜塔圖巴，Picinguaba，庫(kù)尼亞和圣維爾吉尼亞，以及該州南部海岸，如卡洛斯Botelho和Ilha do Cardoso，“Joly說(shuō)。“我們還通過(guò)與其他團(tuán)體合作的項(xiàng)目，對(duì)亞馬遜地區(qū)的大部分地區(qū)進(jìn)行了盤(pán)點(diǎn)。”

來(lái)自該數(shù)據(jù)庫(kù)的3100萬(wàn)棵樹(shù)的位置數(shù)據(jù)，以及與它們相關(guān)的共生體的信息，由GFBI團(tuán)隊(duì)提供給計(jì)算機(jī)算法，該算法估算氣候，土壤化學(xué)，植被和地形的影響，以及其他變量，關(guān)于每種共生的普遍性。

分析表明，與有機(jī)分解速率相關(guān)的氣候變量，如溫度和水分，是影響叢枝菌根和外生菌根共生的主要因素，而固氮細(xì)菌可能受溫度和土壤酸度的限制。

“北半球發(fā)生的氣候變化可能會(huì)將外生菌根真菌轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)，導(dǎo)致這些共生關(guān)系的密度急劇下降或者完全喪失，”維埃拉說(shuō)。

“這可能會(huì)影響?zhàn)B分循環(huán)，尤其是碳固定，這取決于這些共生關(guān)系，如果森林植被要吸收稀缺或無(wú)法獲得必需形式的養(yǎng)分。”

氣候變化的影響

為了衡量全球共生水平對(duì)氣候變化的脆弱性，研究人員利用他們的繪圖調(diào)查來(lái)預(yù)測(cè)，如果碳排放持續(xù)不減，共生可能會(huì)在2070年之前發(fā)生變化。

這些預(yù)測(cè)顯示外生菌根真菌減少10%，因此與這些真菌相關(guān)的樹(shù)木數(shù)量減少，相當(dāng)于所有樹(shù)木的60%。

研究人員警告說(shuō)，這種損失可能會(huì)導(dǎo)致更多的CO 2的氣氛，因?yàn)橥馍婢鶗?huì)增加儲(chǔ)存在土壤中的碳量。

“CO 2的限制光合作用，并增加了大氣中可能有施肥的效果。快速增長(zhǎng)的植物物種可能能夠更好地利用這個(gè)崛起中的CO 2可用性的氣氛比增長(zhǎng)較慢的植物，可能導(dǎo)致物種然而，這還有待觀察，“喬利說(shuō)。

研究人員也正在研究增加大氣中二氧化碳的可能影響2和全球變暖對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育。在溫暖的氣候下，植物必須在呼吸上花費(fèi)更多的資源，因此光合作用會(huì)加速。研究人員表示，這種增長(zhǎng)效應(yīng)的凈結(jié)果尚不清楚。

“關(guān)于熱帶森林的這些問(wèn)題仍然沒(méi)有實(shí)際意義。對(duì)永久性森林地塊的持續(xù)監(jiān)測(cè)將有助于我們回答它們，”喬利說(shuō)。