土壤是多種微生物群落的家園，這些微生物群落循環(huán)養分、支持農業(yè)和捕獲碳——這是減緩氣候變化的一項重要服務(wù)。在全球范圍內，地球上大約 80% 的陸地碳儲存存在于土壤中。由于氣候變暖和其他影響土壤微生物的人類(lèi)活動(dòng)，這個(gè)重要的碳匯處于危險之中。

由 Cary 生態(tài)系統研究所社區生態(tài)學(xué)家 Jane Lucas 領(lǐng)導的一項新研究調查了氣溫升高和一種常見(jiàn)的牲畜抗生素對土壤微生物的相互作用影響。該研究小組發(fā)現，熱和抗生素破壞土壤的微生物群落降解土壤微生物效率，抵御未來(lái)的壓力，并能夠捕獲碳。這項工作現已在線(xiàn)提供，將刊登在《土壤生物學(xué)和生物化學(xué)》12 月刊上。

Lucas 說(shuō)：“大多數土壤健康研究一次只檢查一個(gè)壓力源。在這里，我們想同時(shí)探索溫度升高和抗生素的影響，以了解兩種增加的壓力源如何影響土壤。”

選擇莫能菌素是因為它是一種常見(jiàn)的抗生素，其在養牛場(chǎng)中的使用正在擴大。莫能菌素價(jià)格低廉、易于給藥、不需要獸醫飼料指令，并且不用于人類(lèi)藥物。像許多抗生素一樣，莫能菌素代謝不良。大部分抗生素在通過(guò)動(dòng)物糞便進(jìn)入環(huán)境時(shí)仍然具有生物活性。

該團隊從愛(ài)達荷州北部沒(méi)有放牧牲畜的保護區收集了草原土壤樣本。收集地點(diǎn)的植被覆蓋，主要是高草草原，代表典型的牲畜牧場(chǎng)——沒(méi)有來(lái)自牛糞的投入。

土壤樣品用高劑量、低劑量或無(wú)劑量的抗生素處理;它們在三種不同的溫度下加熱，然后孵育 21 天。測試的溫度(15、20 和 30°C)代表季節性變化和未來(lái)變暖預測。對于每個(gè)處理，該團隊監測土壤呼吸、酸度、微生物群落組成和功能、碳和氮循環(huán)以及微生物之間的相互作用。

他們發(fā)現，隨著(zhù)熱量的增加和抗生素的添加，細菌崩潰，讓真菌占據主導地位并均質(zhì)化——導致微生物總數減少，微生物多樣性總體上也減少。單獨使用抗生素會(huì )增加生物可利用碳并降低微生物效率。僅升高溫度就會(huì )增加土壤呼吸和溶解的有機碳。這些不穩定碳庫的增加會(huì )導致長(cháng)期碳儲存能力的降低。

Lucas 說(shuō)：“我們在低劑量和高劑量添加中都看到了土壤微生物群落的真正變化。溫度升高加劇了這些抗生素的作用，在每個(gè)測試溫度下都會(huì )出現不同的微生物群落。在這些組合中，我們看到多樣性減少，微生物數量減少總體而言，這些變化可能會(huì )降低土壤對未來(lái)壓力的適應能力。

“我們還發(fā)現熱量和抗生素會(huì )增加微生物的呼吸作用，降低效率。本質(zhì)上，微生物在炎熱、充滿(mǎn)抗生素的環(huán)境中必須更加努力地生存。這類(lèi)似于步行一英里時(shí)更容易“70 度比跑一英里時(shí) 95 度時(shí)要高 70 度。從長(cháng)遠來(lái)看，微生物效率的降低會(huì )導致土壤儲存更少的碳。”

由于土壤微生物更努力地(且效率低下)處理碳，因此轉化為穩定有機形式的穩定有機形式會(huì )減少，從而被困在土壤中。相反，更多的二氧化碳以氣體形式釋放到大氣中。這種效應可能會(huì )將重要的碳匯轉變?yōu)樘荚?，從而加劇氣候變化的影響?/p>

Strickland) 說(shuō)：“環(huán)境變化的力量不會(huì )孤立地發(fā)揮作用。我們的結果表明，單獨的熱量、單獨的抗生素以及熱量和抗生素一起對土壤微生物群落的不同影響。這些發(fā)現強調了同時(shí)測試多種壓力因素的重要性，以更全面地了解我們的土壤及其基本功能是如何變化的。”

Lucas 總結道：“這項工作符合‘一個(gè)健康’的方法。農業(yè)、環(huán)境和公共衛生密不可分。了解多種壓力因素如何塑造土壤微生物對于在全球變化面前支持土壤健康至關(guān)重要。如果我們這樣做了“如果不管理相互作用的影響，土壤碳儲存能力和作物生產(chǎn)等事情可能會(huì )受到危害。除了更廣泛的氣候緩解努力外，限制對環(huán)境的抗生素投入可以幫助保護土壤。”

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