雙重壓力讓土壤微生物“崩潰”

　　土壤是各種微生物群落的家園，它們循環養分、支持農耕并捕獲碳——這是緩解氣候變化的一項重要“服務”。在全球范圍內，約80%的陸地碳儲量存在于土壤中。由于氣候變暖和其他影響土壤微生物的人類活動，這一重要的碳匯面臨風險。

　　美國卡里生態系統研究所社區生態學家Jane Lucas領導的一項新研究調查了氣溫上升和一種常見的牲畜抗生素對土壤微生物的交互作用。結果發現，高溫和抗生素破壞了土壤微生物群落，降低了土壤微生物的效率、面臨未來壓力的恢復力以及捕獲碳的能力。

　　這項研究現已在網上公布，即將發表于《土壤生物學和生物化學》。

　　Lucas說：“大多數土壤健康研究一次只檢查一個壓力源。在這里，我們想同時探索溫度升高和抗生素的影響，以了解兩個壓力源如何影響土壤。”

　　之所以選擇莫能菌素，是因為它是一種常見抗生素，在養牛場的使用正在擴大。莫能菌素價格低廉、易于管理，不需要獸醫指令，也不用于人類藥物。與許多抗生素一樣，莫能菌素代謝不良；當抗生素通過動物糞便進入環境時，大部分仍然具有生物活性。

　　研究小組從愛達荷州北部沒有放牧牲畜的保護地收集草原土壤樣品，并用高劑量、低劑量或無劑量抗生素進行處理。這些樣品置于3個不同的溫度下加熱，并培養21天。測試溫度（15、20和30°C）代表著季節變化和未來變暖預測。

　　對于每種處理方式，研究小組均監測土壤呼吸、酸度、微生物群落組成和功能、碳氮循環以及微生物之間的相互作用。

　　他們發現，隨著溫度的升高和抗生素的添加，細菌“崩潰”，使真菌占據主導地位并均質化，從而導致微生物總數和多樣性雙重減少。抗生素本身增加了生物可利用碳，降低了微生物效率。溫度升高更加劇了這些抗生素的作用，增加了土壤呼吸和溶解有機碳。這些不穩定碳庫的增加可能導致長期碳儲存能力的降低。

　　Lucas表示：“在低劑量和高劑量添加中，我們都看到了土壤微生物群落的真實變化。在測試的每個溫度下也都出現了不同的微生物群落。這些變化可能會降低土壤面對未來壓力的恢復力。”

　　從本質上講，當微生物處于高溫、抗生素含量高的環境中時，它們必須更努力地“工作”才能生存。Lucas說，這類似于70華氏度時步行1英里，比95華氏度時跑步1英里更容易。長期來看，微生物效率降低會導致土壤儲存的碳更少。

　　隨著土壤微生物更加努力卻效率低下地處理碳，轉化為穩定的有機形式的碳越來越少，并被困在土壤中。相反，越來越多的二氧化碳以氣體形式釋放到大氣中。這一效應可能會將一個重要的碳匯轉化為碳源，加劇氣候變化的影響。

　　愛達荷大學土壤與水系統系副教授Michael Strickland說：“環境變化的力量不是孤立發揮出來的。我們的結果表明，單獨升溫、單獨使用抗生素以及升溫和抗生素一起對土壤微生物群落都有不同的影響。這些發現強調了同時測試多種壓力源的重要性，以更全面地了解土壤及其基本功能是如何變化的。”

　　Lucas總結道：“農業、環境和公共衛生密不可分。了解多種壓力源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重要。如果不設法實現互動效應，土壤碳儲存能力和作物產量等可能會受到不利影響。除了更廣泛的氣候緩解措施外，限制抗生素對環境的投入也有助于保護土壤。”

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108437