城市樹木透過土壤的微生物群落(SMC)來維持生態系統服務的能力
2022/01/04 @國際
摘要
在農村和城市的樹木，生活環境有著非常大的差別，在城市化的壓力下，城市中的樹木相對生長緩慢和早逝。造成其中差異的原因來自土壤的微生物群落(SMC)，樹木從空氣中獲取碳源並為土壤提供豐富的有機養分來源，這有助於創造健康的SMC，進而提供有機物質分解、土壤結構形成和養分循環等重要的生態系統服務。研究團隊發現農村森林中各樹種間的SMC皆不同；城市地區各樹種間的SMC卻都相似，顯示了在城市化壓力下會改變土壤的特徵，取代了樹木維持特定SMC的能力。
示意圖
如果你是一棵樹，鄉村生活比城市生活容易得多。農村裡的樹木可能很長壽甚至能活到100多歲，依靠的是鄰近樹木群組成的廣大森林資源網。相對地，在城市地區相鄰樹木可能很少而且相距甚遠。都市熱島效應和養分的變化使城市的樹木更容易受到自然環境的影響，導致生長緩慢和早逝。在樹木下方坐落著它的盟友-土壤，土壤是樹根很棒的靠山，提供了生長所需的養分和大量的土壤微生物。作為回報，樹木能改變土壤的微生物群落(SMC)，為土壤中的關鍵生物-細菌和真菌建立環境和提供營養。
在《Scientific Reports》上發表的一篇研究文章中，Delaware大學的研究團隊探討了在城市化壓力的影響下，特定樹種和SMC之間的關聯性。研究團隊包括了大學教師Tara Trammell 和前博士後研究員Carl Rosier。因為美國山毛櫸和黃楊樹的樹冠和樹皮不同，加上它們在城市及鄉村的森林中皆居於主導地位，所以研究團隊選擇山毛櫸和黃楊樹作為研究對象，比較它們在城市、郊區和農村地區間的差異。為了描繪特定樹種下土壤微生物的特徵，Trammell和Rosier 使用了次世代高通量定序。這項技術使研究人員能夠同時對數百萬個DNA分子進行定序，進而對數百種細菌進行專一性鑑定。同時，研究團隊也調查了所有採樣樹種下，土壤內的碳濃度、氮濃度、金屬濃度和pH值。
該團隊的研究結果顯示，城市化壓力改變了土壤的特徵，取代了樹木維持特定SMC的能力。而在農村森林中，研究團隊發現各樹種間的SMC皆不同，說明了每個樹種的微生物都是獨一無二的。相對地，城市地區意味著更大的城市化壓力，無論是山毛櫸還是黃楊樹在城市生活下，其SMC都是相似的。Rosier 說明:「這樣的相似性不是因為失去了生物多樣性，而是由於重疊的共同生物越來越多。我們以為會在城市環境中失去一些敏感度高的微生物物種，但我們沒有看到。城市環境改變SMC的程度高到讓山毛櫸和黃楊樹具有相似的SMC組成。」隨著人口重心的擴大，此研究提供土地管理者和保護工作相關的信息，讓城市創建更具彈性的森林網絡。
此林業研究還闡明了對城市森林的作戰計畫，需要多大規模的森林才能對生態系統服務產生正面影響。樹木是土壤最好的朋友，樹木從空氣中獲取碳源並利用根和落葉傳遞，為土壤提供了豐富的有機養分來源。這些無私的行為有助於創造健康的SMC，進而提供有機物質分解、土壤結構形成和養分循環等重要的生態系統服務。Rosier做為Material Matters 的首席資深研究科學家和Agroecology Solutions的聯合創始人，他說:「在我們思考氣候變化和土壤固碳能力的過程中，微生物是不容忽視的。如果沒有樹木提供必要的資源，土壤成分就會發生變化，進而對生態系統產生負面影響，導致樹木在根部周圍只會發展特定的微生物群落。有時候，樹木可以活上數百年，終其一生都在調控土壤中的水、養分和pH值。在特定樹種的根部，會有其獨特的土壤化學環境；但一公尺外的土壤化學環境卻可能會有很大的變化。」您可能認為農村和城市的土壤化學環境會大相逕庭。畢竟，城市森林面臨著很多人為的環境壓力。與之所想不同的是，這兩地的土壤化學環境都是非常堅韌的。在土壤與城市的對決中，隨便一個人來看都會覺得土壤沒佔什麼優勢。
儘管土壤負荷超過人造的環境條件，他們還是堅持著洛基精神(意即即使實力相差懸殊，仍然拼命戰鬥的精神)奮戰到底。Rosier說:「土壤向您展示了它的堅韌性，在流失過多有機物質和失去植物體生命前土壤會產生巨大的變化來保持其化學環境。但只要土壤流失有機物等重要成分過多，超越其臨界值，要使土壤恢復健康就會變得非常困難。因此作為土地管理者，我們必須注意臨界值的關鍵時刻。因為人類在地球上的生存中，土壤展現生態系統服務的能力是必不可缺的。」【延伸閱讀】超級細菌能幫助植物抵抗環境壓力
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