土壤是多种微生物群落的家园，这些微生物群落循环养分、支持农业和捕获碳——这是减缓气候变化的一项重要服务。在全球范围内，地球上大约 80% 的陆地碳储存存在于土壤中。由于气候变暖和其他影响土壤微生物的人类活动，这个重要的碳汇正处于危险之中。
由卡里生态系统研究所的社区生态学家 Jane Lucas 领导的一项新研究调查了气温升高和一种常见的牲畜抗生素对土壤微生物的相互作用影响。研究小组发现，热量和抗生素会破坏土壤微生物群落——降低土壤微生物的效率、对未来压力的适应能力以及捕获碳的能力。这项工作现已在线提供，将发表在《土壤生物学和生物化学》12 月刊上。
Lucas 说：“大多数土壤健康研究一次只检查一个压力源。在这里，我们想同时探索温度升高和抗生素的影响，以了解两种不断增加的压力因素如何影响土壤。”
选择莫能菌素是因为它是一种常见的抗生素，其在养牛场的使用正在扩大。莫能菌素价格低廉，易于给药，不需要兽医饲料指令，也不用于人类药物。像许多抗生素一样，莫能菌素代谢不良;大部分抗生素在通过动物粪便进入环境时仍然具有生物活性。
该团队从爱达荷州北部没有放牧牲畜的保护区收集了草原土壤样本。收集地点的植被覆盖，主要是高草草原，代表典型的牲畜牧场——没有来自牛粪的投入。
土壤样品用高剂量、低剂量或无剂量的抗生素处理;它们在三种不同的温度下加热，然后孵育 21 天。测试的温度(15、20 和 30°C)代表季节性变化和未来变暖预测。对于每个处理，该团队监测土壤呼吸、酸度、微生物群落组成和功能、碳和氮循环以及微生物之间的相互作用。
他们发现，随着热量的增加和抗生素的添加，细菌崩溃，让真菌占据主导地位并均质化——导致微生物总数减少，微生物多样性总体上减少。单独使用抗生素会增加生物可利用碳并降低微生物效率。仅升高温度就会增加土壤呼吸和溶解的有机碳。这些不稳定碳库的增加会导致长期碳储存能力的降低。
Lucas 说：“我们在低剂量和高剂量添加中都看到了土壤微生物群落的真正变化。温度升高加剧了这些抗生素效应，在每个测试温度下都会出现不同的微生物群落。在这些组合中，我们看到整体多样性和微生物数量减少。这些变化可能会降低土壤对未来压力的适应能力。
我们还发现热量和抗生素会增加微生物呼吸，降低效率。从本质上讲，当微生物处于炎热、充满抗生素的环境中时，它们必须更加努力地工作才能生存。这类似于在 70 度时走一英里比在 95 度时跑一英里更容易。从长远来看，微生物效率的降低会导致土壤储存更少的碳。”
由于土壤微生物更努力地(且效率低下)处理碳，因此转化为稳定有机形式的稳定有机形式会减少，从而被困在土壤中。相反，更多的二氧化碳以气体形式释放到大气中。这种效应可能会将重要的碳汇转变为碳源，从而加剧气候变化的影响。
资深作者、爱达荷大学土壤和水系统系副教授迈克尔·斯特里克兰 (Michael Strickland) 说：“环境变化的力量不会孤立地发挥作用。我们的结果表明，单独加热、单独使用抗生素以及加热和抗生素一起对土壤微生物群落都有不同的影响。这些发现强调了同时测试多个压力源的重要性，以更全面地了解我们的土壤及其基本功能是如何变化的。”
Lucas 总结道：“这项工作符合‘一个健康’的方法。农业、环境和公共卫生密不可分。了解多种压力因素如何塑造土壤微生物对于在全球变化面前支持土壤健康至关重要。如果我们不管理互动效应，土壤碳储存能力和作物生产等事情可能会受到威胁。除了更广泛的减缓气候变化的努力外，限制对环境的抗生素投入也有助于保护土壤。”
