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周小奇教授课题组在《Geoderma》期刊上发表文章

20217月,华东师范大学生态与环境科学学院周小奇老师课题组在《Geoderma》期刊上发表题为“Urbanization degree rather than methanotrophic abundance decreases soil CH4uptake” 的研究论文

当前,随着全球人口的增多,全球城市化规模和程度逐渐增加。从自然生态系统转变为城市生态系统,土地利用方式的这种转变对生态系统功能产生深刻影响。作为重要生态系统功能之一,土壤甲烷(CH4)氧化能力是由一类特定的功能微生物——甲烷氧化菌所介导。然而,城市化对土壤CH4氧化能力的影响及其微生物机制目前仍所知甚少(图1),对其量化研究更是几乎未见报道。基于此,我们以国际化大都市上海市为研究对象,沿城市化梯度选取134个样点(图2),一方面用“城市化指数”来表征城市化程度,另一方面分析了土壤CH4氧化能力和土壤甲烷氧化菌多度。研究发现,城市化显著降低了土壤CH4氧化能力,在较高的城市化水平下抑制作用更大(图3)。城市化程度很好地解释了土壤CH4氧化能力的变化,而甲烷氧化菌多度并不能很好地指示土壤CH4氧化能力的变化(图4和图5)。一般而言,在自然生态系统中,甲烷氧化菌多度与土壤CH4氧化能力呈现很好的一致性,而该工作的结果表明城市化解除了这种偶联关系(图6)。总而言之,该团队在国际上较早地开展了量化城市化程度对土壤CH4氧化能力影响的工作,强调了城市化程度在驱动城市土壤CH4氧化能力中的主导作用。因此,在未来的地球系统模型中应当考虑城市化程度的影响,以提高对全球城市土壤CH4氧化能力的估算准确性。

图1 城市化对全球土壤CH4氧化能力影响的平均效应值。数据按照城市和郊区进行分类。误差线表示95%置信区间,虚线处表示平均效应值为0。*P < 0.05。括号内外数字分别表示实验次数和样本大小。

图2 沿上海市城市化梯度3 km × 3 km网格随机选取的134个样点。黑线表示城市边界,红线为城市中心边界。蓝色区域表示东-西和南-北两个方向的取样带,均跨越城市中心。



图3 上海市不同土地利用类型(a)和不同城市化水平(b)土壤CH4氧化能力(左)和甲烷氧化菌多度(右)的变化及其分别在低(c)、中(d)、高(e)城市化水平下的变化。数值为平均值± 标准误差。同一图中不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Gre,绿地;Agr,农业用地;Res, 居住用地; Tra,交通用地;Pub,公共用地。



图4 结构方程模型展示了城市化程度、甲烷氧化菌多度以及土壤因子对所有样点(a)以及绿地(b)、农业用地(c)、居住用地(d)、交通用地(e)和公共用地(f)土壤CH4氧化能力的贡献。虚线表示无显著影响。右侧柱状图表示基于模型计算得到的各因子直接效应和间接效应的总和。


图5 结构方程模型展示了城市化程度、甲烷氧化菌多度以及土壤因子分别对低(a)、中(b)、高(c)城市化水平土壤CH4氧化能力的贡献。虚线表示无显著影响。右侧柱状图表示基于模型计算得到的各因子直接效应和间接效应的总和。



图6 上海市邻近天然林以及沿城市化梯度土壤CH4氧化能力和甲烷氧化菌多度变化示意图。土壤碳库的变化由土壤颜色表示:颜色越浅表示土壤碳含量越低;颜色越深表示土壤碳含量越高。箭头的宽度表示土壤CH4氧化能力(其中柱状图表示每种土地利用类型的相对贡献),蓝色圆圈数量表示甲烷氧化菌多度。饼状图展示了城市化程度和土壤性质在不同城市化水平下对土壤 CH4 氧化能力的相对贡献。

期刊简介:《Geoderma》期刊是土壤科学领域的顶级期刊,最新影响因子为6.114。

作者简介:该论文第一作者为我院2021届博士毕业生张明月,通讯作者为我院周小奇教授。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115368



编辑 | 李小蝶

审核 | 周小奇  路  葵   张芽茹



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