이탄 습지의 탄소를 보존하기 위한 식물과 미생물의 상호 작용

이탄습지

이탄 지대는 기후 변화의 과거 기간 동안에도 수천 년 동안 거대한 탄소 흡수원으로 지속되었습니다. 탄소 분해에 대한 무생물적 통제(주로 무산소 및 저온)에 대한 일반적으로 받아 들여지는 이론은 광대한 저위도 관목 나무가 우거진(숲이 우거진) 이탄 지대가 따뜻하고 계절적으로 불포화된 조건에서 지속적으로 이탄을 축적하는 방법을 완전히 설명할 수 없습니다. 여기에서 우리는 물이끼와 관목이 우점하는 이탄습지 사이의 미생물의 구성과 생태학적 특성을 비교함으로써 느리게 자라는 미생물이 연구된 관목이 우점하는 이탄습지에서 결정적으로 지배하고, 식물에 의해 유발되는 매우 난항적인 탄소와 페놀의 증가를 보여줍니다. 느리게 성장하는 미생물은 물이끼가 우세한 지역을 지배하는 빠르게 성장하는 미생물보다 30배 더 느리게 유기물을 대사합니다. 우리는 페놀 함량이 높은 관목 나무가 유도하는 미생물 조성의 변화가 이탄습지에서 시간이 지남에 따라 대사에 대한 온도 또는 가뭄의 긍정적인 영향을 보상할 수 있다고 제안합니다. 탄소 순환에 대한 비생물적 통제를 조절하는 이 생물적 자급자족 과정은 이탄습지에서 장기간의 기후 탄소 되먹임 예측을 개선할 수 있습니다.

 

이탄습지의 미생물과 탄소 분해

이탄 지대는 지표면의 3%만 덮지만 현재 600~700 Gt의 탄소(1 Gt = 1015 g)를 유지하고 있는데, 이는 전 세계 식생 탄소 저장량을 초과하고 대기 CO2의 풀에 가깝습니다. 따라서 이탄에 저장된 막대한 탄소의 운명과 이탄 지대, 특히 탄소 격리 방출 과정이 기후 변화에 대응하는 방식은 미래 기후에 매우 중요합니다. 일반적으로 토양 미생물 호흡을 통한 탄소 분해 속도는 단기간에 온도 상승에 따라 기하급수적으로 증가합니다. 많은 실험에 따르면 기후 온난화와 가뭄은 분해를 가속화하여 이탄 손실을 증가시킬 뿐만 아니라 광대한 아한대 이탄 지대에서 Sphagnum과 같은 핵심 이끼류의 실질적인 손실을 야기할 수 있으며, 그 다음 관목 나무 확장 및 그 불확실한 영향 연쇄 사건은 지구 온난화에 상당한 양의 피드백을 유발할 수 있습니다. 그러나 초원의 장기 온난화 실험과 전 세계적으로 광범위한 MAT(평균 연간 온도)에 대한 연구는 실험적 온난화 또는 따뜻한 지역에서 시간이 지남에 따라 미생물 대사가 감소하는 것을 보여줍니다. 현재까지 이탄 지대에 대한 대부분의 실험적 연구는 몇 달에서 수십 년 동안만 지속되었으며, 그러한 시간 규모는 과거에 복잡한 진화 천이를 가질 수 있는 밀레니얼 이탄 지대에 대한 기후 변화의 장기적인(>100년) 영향을 감지하기에는 너무 짧은 것으로 간주됩니다. 아한대 지역의 토탄 프로파일에 대한 고해상도 층서학적 분석은 식생 조성과 순 1차 생산성이 지난 천년 동안 탄소 축적에 중요한 역할을 했음을 문서화했습니다. 더욱이 최근 연구에 따르면 유럽의 이탄 습지에서 식물 분류학적 및 기능적 회전율이 분리되어 이러한 생태계가 기후 변화에 훨씬 더 탄력적임을 알 수 있습니다. 우리는 온도에 대한 분해 의존성이 이탄습지의 광범위한 MAT에 적용되는지 여부를 추가로 테스트하기 위해 2°S와 75°N 사이의 위도에 걸쳐 200개 이상의 이탄지 지역에서 토양 호흡 데이터를 수집했습니다. 종속 영양 호흡과 독립 영양 호흡이 모두 여기에 포함되었고 열대 지역에서 더 높은 바이오매스를 가진 식물이 더 높은 독립 영양 호흡을 일으키기 때문에 우리는 MAT 증가와 함께 토양 호흡의 명백한 기하급수적 증가를 볼 것으로 예상했습니다. 그러나 우리는 관계가 존재하지 않는다는 것을 발견했습니다. 고생물학적 증거 식물 분류학적 및 기능적 회전율의 명백한 분리, 우리의 대규모 토양 호흡 분석은 함께 현재의 비생물적 요인 의존적 토탄 붕괴 모델(주로 온도 및 수위)에 도전합니다. 기후 탄소 피드백을 투사하기 위해 지구 시스템 모델에 우리는 이러한 불일치가 주로 변화하는 식물 군집과 관련 생태(주로 미생물) 및 생지화학적 과정의 잠재적인 역할에서 기인할 수 있다고 가정합니다. 이는 지속적인 기후 변화에 의해 유도된 이탄 지대 군집에서 일반적으로 발생하는 상태 변화입니다. 이끼, 사초, 관목 및 나무 사이의 지배적인 식물 군집의 변화는 식물과 미생물 특성, 특히 식물과 토양 화학 및 미생물 조성과 기능의 변경을 통해 이탄지 생태계에 실질적인 하향식 및 상향식 규정을 가져올 수 있습니다. 유사한 기능을 유지하면서 비생물적 요인으로서 온도가 단일재배 또는 일정한 환경에서 토양 탄소의 미생물 대사를 지배적으로 제어하지만, 이탄 지대의 장기간 기후 변화에 대한 생물학적 요인으로서 식물과 미생물 생리학 및 군집 구성에서의 일부 진화적 순응 및 상호작용은 아직 불분명합니다. 따라서 우리는 시간이 지남에 따라 개발된 알려지지 않은 생물학적 제어 및 상호 작용(초목 및 미생물)이 지구 시스템 모델34에서 이탄 지대의 장기적인 탄소 기후 되먹임을 예측하는 데 있어 주요 불확실성과 도전 중 하나일 수 있다는 가설을 세웠습니다. 이탄습지의 미래를 밝히기 위한 의미 있는 틀 개발의 중심의 중심이 될 것 입니다. 여기에서 우리는 논리적으로 진보적인 방식으로 일련의 현장 및 실험실 실험을 설정하고 생물학적 통제로서 기후 변화로 인한 우세한 미생물의 초목 변화로의 이동이 장기적으로 직면하는 이탄 지대에서 시간이 지남에 따라 토양 유기물을 유지할 수 있다고 제안합니다. 기후 변화. 우리는 먼저 곰팡이의 구성과 기능적 특성(주요 이탄 분해자) 및 토양 물리화학적 매개변수와의 관계 측면에서 아한대 물이 우세한 이탄습지와 관목이 우세한 아열대 이탄지를 비교했습니다. 이러한 기능적 특성이 다른 수목이 우거진 이탄습지에서 존재하는지 여부를 추가로 확인하기 위해 우리는 중국의 아열대 이탄습지와 캐나다의 해안 수목이 우거진 이탄습지의 곰팡이 데이터를 재분석하고 비교했습니다. 우리는 느리게 자라는 균류가 전 세계적으로 많은 수목이 우거진 이탄 지대를 지배한다는 것을 보여주었습니다. 마지막으로 상호 접종 실험을 통해 이탄 지대의 탄소 손실에 대한 미생물 이동의 제안된 결과를 확인했습니다.

 

이탄습지의 미생물 비교 분석 결과

천천히 자라는 균류가 관목이 우거진 이탄 지대를 지배합니다. 페놀을 주로 미생물 군집을 통제합니다. 느리게 성장하는 미생물은 이탄 부패를 느리게 합니다.