濕地是全球碳密度最高的生態(tài)系統(tǒng)，僅占陸地面積的3%，卻儲存了全球約30%的土壤碳，對調(diào)節(jié)氣候變化至關(guān)重要。然而據(jù)統(tǒng)計，由于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等生產(chǎn)需求，全球大量濕地受到排水、開墾等活動的干擾，導(dǎo)致約21%的濕地面積減少。

那么，人為排水會導(dǎo)致濕地碳庫迅速減少嗎？近日，中國科學(xué)院植物研究所對濕地排水與碳降解的關(guān)系進行了探索，研究成果發(fā)表于《自然-氣候變化》。

▲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于淹水造成的厭氧環(huán)境，這使得微生物的分解活動受到了極大的抑制，碳分解速率遠小于植物碳的輸入速率。

此前，在歐洲和北美廣泛分布的泥炭蘚濕地中發(fā)現(xiàn)，一類由微生物分泌的、降解芳香類有機質(zhì)的氧化酶——酚氧化酶在厭氧環(huán)境中活性大為降低，是導(dǎo)致濕地有機碳降解緩慢的關(guān)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(dǎo)的非泥炭蘚濕地。例如，我國三江平原濕地的優(yōu)勢物種包括漂筏苔草、蘆葦?shù)?；若爾蓋濕地的優(yōu)勢物種包括木里苔草、華扁穗草等。一些研究發(fā)現(xiàn)，雖然人為排水導(dǎo)致濕地面積減小，濕地厭氧環(huán)境被破壞，但此類濕地排水后，酚氧化酶的活性卻不變，甚至降低。這是為什么呢？

▲a：泥炭蘚及泥炭蘚濕地；b：苔草（非泥炭蘚）主導(dǎo)的濕地

02植物-微生物互作：全新視角

科研人員在2020年-2022年對我國30個經(jīng)歷了長期排水的內(nèi)陸濕地進行了采樣調(diào)查和分析，包括14個泥炭蘚濕地和16個非泥炭蘚濕地，發(fā)現(xiàn)植物次級代謝產(chǎn)物可以通過影響微生物，進而調(diào)控酚氧化酶對排水的響應(yīng)。

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(chǎn)物。在泥炭蘚濕地中，排水導(dǎo)致富含抑菌酚類代謝產(chǎn)物的泥炭蘚被草本植物所取代，植物抑菌代謝產(chǎn)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(dǎo)致泥炭蘚濕地有機碳降解增速，土壤碳含量在排水后迅速下降。

相反，在非泥炭蘚濕地中，草本植物為了應(yīng)對長期排水導(dǎo)致的干旱及啃食脅迫，合成了更多的次級代謝產(chǎn)物，降低了合成酚氧化酶的微生物活性，進而導(dǎo)致酚氧化酶活性下降，土壤碳庫表現(xiàn)得更為“頑強”。

▲不同濕地中植物-微生物交互作用對酚氧化酶活性的調(diào)控

因此，植物代謝產(chǎn)物對微生物的調(diào)控作用決定了濕地酚氧化酶的活性。

植物-微生物聯(lián)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(fù)具有重要意義。

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來源：中國科學(xué)院植物研究所