2013年7月9日 星期二

全球變暖可能影響土壤中微生物的生存,進而對土壤的肥力及侵蝕產生影響

亞利桑那州立大學的研究人員發現,溫度決定關鍵土壤微生物能否茁壯成長 - 這些微生物對於在少雨的土地上的表土形成是非常重要的。令人擔憂的是,科學家們預測,在50年內,全球暖化可能會使這些微生物無法生存在他們目前的據點(如較冷的沙漠),這對於土壤肥力和侵蝕將有無法預測的影響。

由Ferran Garcia-Pichel,亞利桑那州立大學微生物學家和生命科學學院教授,領導的一個國際研究小組進行橫跨美洲大陸的微生物群落調查。科學家收集由西由俄勒岡州東到新墨西哥,南由加州到猶他州的表土樣本,並將內含的的微生物進行DNA定序。

雖然在一撮表土中就有成千上萬種的微生物,但是科學家們發現,其中有兩種藍綠菌(cyanobacteria) - 是最常見的。因為其他的物種的食物和能源都來自於他們,如果沒有藍綠菌,也不會有其他微生物。

Garcia-Pichel博士說:「我們想知道哪些微生物存在於表土,以及他們在整個大陸的分佈情形。」

「我們原本認為會只有一種藍綠菌,結果出乎我們的意料。我們發現,兩種藍綠菌整齊地分配了它們的領土。原本以為Microcoleus vaginatus是最主要的藍綠菌;但現在我們知道,另外一種藍綠菌,Microcoleus steenstrupii,也同樣重要,尤其是在氣候溫暖的地區」他補充說。

儘管這兩種藍綠菌看上去很像,M. vaginatus 和M. steenstrupii在親緣關係上並不相近。他們類似的型態是趨同演化的結果--因為它們的形狀和行為,可以幫助他們穩定土壤以及形成表土結塊。

表土結塊對於乾燥少雨地區的生態健康是至關重要的,因為他們保護土壤不受侵蝕,並藉由固定土壤中的碳和氮以及從灰塵中提取其他營養物質,來提升土地肥力。

溫度影響微生物群落的分佈。將土壤類型和化學、雨量、氣候和溫度數據列入考量後,研究人員發現影響這兩種藍綠菌分佈的最重要因素是溫度。雖然兩者都發現整個區域,但是M. vaginatus 主要分佈在涼爽的沙漠,而M. steenstrupii在南部沙漠中較為普遍。


但是,這只是一個統計上的相關。研究人員們為了證明溫度的確對這兩種藍綠菌的生長有影響,他們在實驗室裡進行測試,證實的確是溫度讓它們分開。

重點是,現在地球上因為暖化,溫度不再穩定了。



在美國西南部,也是這個研究進行的區域,氣候模型預測每十年變暖1度左右。
因為氣候變遷已經箭在弦上,科學家們依據氣候模型預測發現,50年後,喜歡生長在溫暖地區的藍綠菌M. steenstrupii ,會把喜歡生長在冷區域的M. vaginatus土壤裡趕出去。

糟糕的是,我們根本不知道當土壤中的微生物生態系統缺乏M. vaginatus,對於土壤的肥力與侵蝕這兩件事情,會發生什麼影響。


這些微生物在地球上已經有幾百幾百萬年的歷史,並且遍佈世界各地。世界各地的M. vaginatus變化極微,在基因的變異上幾乎無法分辨。相比之下,不同地區找到的M. steenstrupii的變化較大,顯示他們可能在很早期的時候就遍佈全世界了。

既然暖化並不僅僅發生在美國,而M. vaginatus對溫度的忍耐力也不可能在短期間提升;因此研究人員們呼籲,科學家們在研究全球暖化時,應該要把微生物也列入觀察,畢竟乾燥少雨的冷涼地區少了M. vaginatus這種藍綠菌,究竟會有什麼樣的影響,到現在為止仍然沒有人知道,也難以預測。

筆者按:樂觀的想,會覺得如果M. vaginatusM. steenstrupii取代好像也沒有什麼不好;但是M. steenstrupii搬到新家以後,能否與其他的微生物和平相處甚至共同合作來形成表土結塊呢?我想這很難預測。若表土結塊無法形成,那麼土壤的侵蝕會加速,於是土壤的肥力就會下降得很快了。

暖化不只是影響動植物,還影響對於表土形成至關重要的微生物。 這些微生物已經在表土裡活了幾百萬年,一旦消失,會對我們的土壤--然後是農業--產生什麼樣的影響呢?


參考資料:

Global warming may affect soil microbe survival, with unknown consequences on soil fertility and erosion

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