Published January 6, 2019
| Version v1
Publication
Open
Adaptation of soil microbial growth to temperature: Using a tropical elevation gradient to predict future changes
- 1. University of Edinburgh
- 2. Smithsonian Tropical Research Institute
- 3. Lund University
- 4. Pontifical Catholic University of Peru
- 5. Australian National University
Description
Abstract Terrestrial biogeochemical feedbacks to the climate are strongly modulated by the temperature response of soil microorganisms. Tropical forests, in particular, exert a major influence on global climate because they are the most productive terrestrial ecosystem. We used an elevation gradient across tropical forest in the Andes (a gradient of 20°C mean annual temperature, MAT), to test whether soil bacterial and fungal community growth responses are adapted to long‐term temperature differences. We evaluated the temperature dependency of soil bacterial and fungal growth using the leucine‐ and acetate‐incorporation methods, respectively, and determined indices for the temperature response of growth: Q 10 (temperature sensitivity over a given 10oC range) and T min (the minimum temperature for growth). For both bacterial and fungal communities, increased MAT (decreased elevation) resulted in increases in Q 10 and T min of growth. Across a MAT range from 6°C to 26°C, the Q 10 and T min varied for bacterial growth ( Q 10–20 = 2.4 to 3.5; T min = −8°C to −1.5°C) and fungal growth ( Q 10–20 = 2.6 to 3.6; T min = −6°C to −1°C). Thus, bacteria and fungi did not differ significantly in their growth temperature responses with changes in MAT. Our findings indicate that across natural temperature gradients, each increase in MAT by 1°C results in increases in T min of microbial growth by approximately 0.3°C and Q 10–20 by 0.05, consistent with long‐term temperature adaptation of soil microbial communities. A 2°C warming would increase microbial activity across a MAT gradient of 6°C to 26°C by 28% to 15%, respectively, and temperature adaptation of microbial communities would further increase activity by 1.2% to 0.3%. The impact of warming on microbial activity, and the related impact on soil carbon cycling, is thus greater in regions with lower MAT. These results can be used to predict future changes in the temperature response of microbial activity over different levels of warming and over large temperature ranges, extending to tropical regions.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتم تعديل التغذية المرتدة الكيميائية الحيوية الأرضية للمناخ بقوة من خلال استجابة درجة حرارة الكائنات الحية الدقيقة في التربة. تمارس الغابات المدارية، على وجه الخصوص، تأثيرًا كبيرًا على المناخ العالمي لأنها النظام البيئي الأرضي الأكثر إنتاجية. استخدمنا تدرج الارتفاع عبر الغابات الاستوائية في جبال الأنديز (تدرج متوسط درجة الحرارة السنوية 20 درجة مئوية، MAT)، لاختبار ما إذا كانت استجابات نمو المجتمع البكتيري والفطري للتربة تتكيف مع الاختلافات في درجات الحرارة على المدىالطويل. قمنا بتقييم الاعتماد على درجة حرارة النمو البكتيري والفطري للتربة باستخدام طرق دمج الليوسين والأسيتات، على التوالي، وحددنا مؤشرات لاستجابة درجة حرارة النمو: Q 10 (حساسية درجة الحرارة على مدى 10 درجات مئوية) و T min (الحد الأدنى لدرجة الحرارة للنمو). بالنسبة لكل من المجتمعات البكتيرية والفطرية، أدت زيادة الحصيرة (انخفاض الارتفاع) إلى زيادات في Q 10 و T min من النمو. عبر نطاق حصيرة من 6 درجات مئوية إلى 26 درجة مئوية، تنوعت Q 10 و T min للنمو البكتيري ( Q 10–20 = 2.4 إلى 3.5 ؛ T min =-8 درجة مئوية إلى -1.5درجة مئوية) والنمو الفطري ( Q 10–20 = 2.6 إلى 3.6 ؛ T min =-6 درجة مئوية إلى -1درجة مئوية). وبالتالي، لم تختلف البكتيريا والفطريات بشكل كبير في استجابات درجة حرارة نموها مع التغيرات في الحصيرة. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أنه عبر التدرجات الطبيعية لدرجات الحرارة، تؤدي كل زيادة في الحصيرة بمقدار 1 درجة مئوية إلى زيادات في T min للنمو الميكروبي بنحو 0.3 درجة مئوية و Q 10–20 بنسبة 0.05، بما يتفق مع التكيف طويلالأجل لدرجة الحرارة للمجتمعات الميكروبية في التربة. سيؤدي الاحترار بمقدار درجتين مئويتين إلى زيادة النشاط الميكروبي عبر تدرج حصيرة من 6 درجات مئوية إلى 26 درجة مئوية بنسبة 28 ٪ إلى 15 ٪ على التوالي، وسيؤدي التكيف مع درجة الحرارة للمجتمعات الميكروبية إلى زيادة النشاط بنسبة 1.2 ٪ إلى 0.3 ٪. وبالتالي فإن تأثير الاحترار على النشاط الميكروبي، والتأثير ذي الصلة على دورة الكربون في التربة، يكون أكبر في المناطق ذات الحصيرة المنخفضة. يمكن استخدام هذه النتائج للتنبؤ بالتغيرات المستقبلية في استجابة درجة حرارة النشاط الميكروبي على مستويات مختلفة من الاحترار وعلى مدى درجات حرارة كبيرة، وتمتد إلى المناطق الاستوائية.Translated Description (French)
Résumé Les rétroactions biogéochimiques terrestres sur le climat sont fortement modulées par la réponse thermique des micro-organismes du sol. Les forêts tropicales, en particulier, exercent une influence majeure sur le climat mondial car elles constituent l'écosystème terrestre le plus productif. Nous avons utilisé un gradient d'altitude à travers la forêt tropicale dans les Andes (un gradient de température annuelle moyenne de 20 ° C, MAT), pour tester si les réponses de croissance des communautés bactériennes et fongiques du sol sont adaptées aux différences de température à longterme. Nous avons évalué la dépendance à la température de la croissance bactérienne et fongique du sol en utilisant les méthodes d'incorporation de leucine et d'acétate, respectivement, et déterminé des indices pour la réponse à la température de la croissance : Q 10 (sensibilité à la température sur une plage donnée de 10oC) et T min (la température minimale pour la croissance). Pour les communautés bactériennes et fongiques, une augmentation du TAPIS (diminution de l'élévation) a entraîné une augmentation de la Q 10 et de la T min de croissance. Sur une plage de TAPIS allant de 6°C à 26°C, les Q 10 et T min variaient pour la croissance bactérienne ( Q 10–20 = 2,4 à 3,5 ; T min = −8°C à −1,5°C) et la croissance fongique ( Q 10–20 = 2,6 à 3,6 ; T min = −6°C à −1°C). Ainsi, les bactéries et les champignons ne différaient pas significativement dans leurs réponses à la température de croissance avec les changements de MAT. Nos résultats indiquent que, dans tous les gradients de température naturels, chaque augmentation de la MATTE de 1 °C entraîne une augmentation de la T min de la croissance microbienne d'environ 0,3 °C et de Q 10–20 de 0,05, ce qui correspond à une adaptation à longterme de la température des communautés microbiennes du sol. Un réchauffement de 2 °C augmenterait l'activité microbienne dans un gradient MAT de 6 °C à 26 °C de 28 % à 15 %, respectivement, et l'adaptation de la température des communautés microbiennes augmenterait encore l'activité de 1,2 % à 0,3 %. L'impact du réchauffement sur l'activité microbienne, et l'impact connexe sur le cycle du carbone dans le sol, est donc plus important dans les régions à TAPIS plus bas. Ces résultats peuvent être utilisés pour prédire les changements futurs de la réponse en température de l'activité microbienne sur différents niveaux de réchauffement et sur de grandes plages de températures, s'étendant aux régions tropicales.Translated Description (Spanish)
Resumen Las retroalimentaciones biogeoquímicas terrestres al clima están fuertemente moduladas por la respuesta de temperatura de los microorganismos del suelo. Los bosques tropicales, en particular, ejercen una gran influencia en el clima mundial porque son el ecosistema terrestre más productivo. Utilizamos un gradiente de elevación a través del bosque tropical en los Andes (un gradiente de 20 ° C de temperatura media anual, MAT), para probar si las respuestas de crecimiento de la comunidad bacteriana y fúngica del suelo se adaptan a las diferencias de temperatura a largoplazo. Evaluamos la dependencia de la temperatura del crecimiento bacteriano y fúngico del suelo utilizando los métodos de incorporación de leucina y acetato, respectivamente, y determinamos índices para la respuesta de temperatura del crecimiento: Q 10 (sensibilidad a la temperatura en un rango dado de 10 °C) y T min (la temperatura mínima para el crecimiento). Tanto para las comunidades bacterianas como fúngicas, el aumento de MAT (disminución de la elevación) dio como resultado aumentos en Q 10 y T min de crecimiento. En un rango de MAT de 6 ° C a 26 ° C, el Q 10 y T min variaron para el crecimiento bacteriano ( Q 10–20 = 2.4 a 3.5; T min = -8° C a -1.5° C) y el crecimiento fúngico ( Q 10–20 = 2.6 a 3.6; T min = -6 ° C a -1° C). Por lo tanto, las bacterias y los hongos no difirieron significativamente en sus respuestas a la temperatura de crecimiento con los cambios en la MAT. Nuestros hallazgos indican que a través de los gradientes de temperatura naturales, cada aumento en MAT en 1 ° C resulta en aumentos en T min de crecimiento microbiano en aproximadamente 0.3 ° C y Q 10–20 en 0.05, consistente con la adaptación a la temperatura a largoplazo de las comunidades microbianas del suelo. Un calentamiento de 2 °C aumentaría la actividad microbiana en un gradiente de MAT de 6 °C a 26 °C en un 28% a 15%, respectivamente, y la adaptación de la temperatura de las comunidades microbianas aumentaría aún más la actividad en un 1,2% a 0,3%. El impacto del calentamiento en la actividad microbiana y el impacto relacionado en el ciclo del carbono del suelo es, por lo tanto, mayor en las regiones con MAT inferior. Estos resultados se pueden utilizar para predecir cambios futuros en la respuesta de temperatura de la actividad microbiana en diferentes niveles de calentamiento y en grandes rangos de temperatura, extendiéndose a las regiones tropicales.Files
gcb.14502.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:94ac18fb4e970025a7eebd2ccfa5fca9
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تكييف النمو الميكروبي للتربة مع درجة الحرارة: استخدام تدرج الارتفاع الاستوائي للتنبؤ بالتغيرات المستقبلية
- Translated title (French)
- Adaptation de la croissance microbienne du sol à la température : utiliser un gradient d'altitude tropical pour prédire les changements futurs
- Translated title (Spanish)
- Adaptación del crecimiento microbiano del suelo a la temperatura: uso de un gradiente de elevación tropical para predecir cambios futuros
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2899508628
- DOI
- 10.1111/gcb.14502
References
- https://openalex.org/W1529532620
- https://openalex.org/W1941482455
- https://openalex.org/W1983728617
- https://openalex.org/W1987960827
- https://openalex.org/W1996000767
- https://openalex.org/W2006261950
- https://openalex.org/W2013779676
- https://openalex.org/W2019723809
- https://openalex.org/W2020245462
- https://openalex.org/W2031278198
- https://openalex.org/W2052648234
- https://openalex.org/W2054411325
- https://openalex.org/W2069552738
- https://openalex.org/W2072607393
- https://openalex.org/W2087400268
- https://openalex.org/W2087474788
- https://openalex.org/W2088430758
- https://openalex.org/W2089940084
- https://openalex.org/W2093228682
- https://openalex.org/W2101674111
- https://openalex.org/W2102791552
- https://openalex.org/W2103703400
- https://openalex.org/W2107821661
- https://openalex.org/W2108089570
- https://openalex.org/W2109631166
- https://openalex.org/W2109937711
- https://openalex.org/W2116311703
- https://openalex.org/W2117663733
- https://openalex.org/W2119246347
- https://openalex.org/W2120446449
- https://openalex.org/W2123757210
- https://openalex.org/W2123890146
- https://openalex.org/W2128837721
- https://openalex.org/W2131757410
- https://openalex.org/W2136009149
- https://openalex.org/W2140426834
- https://openalex.org/W2150193364
- https://openalex.org/W2157111491
- https://openalex.org/W2158731866
- https://openalex.org/W2159549065
- https://openalex.org/W2160073882
- https://openalex.org/W2160489903
- https://openalex.org/W2161694384
- https://openalex.org/W2161832537
- https://openalex.org/W2161955723
- https://openalex.org/W2168344027
- https://openalex.org/W2190173930
- https://openalex.org/W2254100412
- https://openalex.org/W2282938434
- https://openalex.org/W2315571091
- https://openalex.org/W2611406926
- https://openalex.org/W2767520204
- https://openalex.org/W2791631450
- https://openalex.org/W2801916382
- https://openalex.org/W2886585565
- https://openalex.org/W4213327538