宁夏沙坡头沙漠生态系统国家野外科学观测研究站
新闻公告
STE:不同生物土壤结皮—土壤氮转化过程对增温减雨的响应机制:从微生物功能基因到酶活性
作者: 沙坡头站 更新时间: 2020-04-29

导读:

     土壤氮循环是荒漠生态系统生物地球化学循环的重要组成部分,决定了系统碳储量及生产力。生物土壤结皮(BSCs)是荒漠生态系统主要生物组成,直接参与土壤氮循环。因此,在全球气候变化的背景下,BSCs—土壤氮转化过程对增温减雨的响应特征及机理是荒漠生态系统养分循环的重要研究内容。基于此,我们分析了不同类型BSCs—土壤氮转化对增温减雨的响应特征,并从不同层面阐明了其响应机制。



正文:

  土壤氮转化过程与温度和水分密切相关,气候变化(增温减雨)能够对土壤氮转化产生深远影响。由于生态系统间的差异,土壤氮转化对增温的响应特征存在很大差异,即使如此,大多数研究也主要集中在农田、森林和草地生态系统,受水分限制的荒漠生态系统的研究鲜见报道。然而,全球氮的释放来自于该区域,因此,参与的土壤氮转化过程对增温的响应成为研究的核心。已有的单一室内控制实验未考虑荒漠地区温度和降水的年内以及年际的异质性,不足以真实反应土壤氮转化对气候变化的响应特征。

 此外,土壤酶活性和微生物功能基因在土壤氮转化中起着至关重要的作用,对气候变化较为敏感。因此,通过对土壤氮转化关键酶活性和功能基因丰度的研究,试图从不同层面揭示以为主的土壤氮转化对增温的响应机制。


结果:

1.  增温抑制了土壤净氨化和矿化速率,藻类结皮土壤净硝化速率显著增加。藓类结皮、藻结皮和无结皮土壤间净氨化速率无显著差异,藓类结皮土壤具有较高的净矿化速率。(图2)。

2.  土壤氮转化过程与土壤酶活性和功能基因丰度密切相关(表1

3.  增温处理降低了土壤酶活性,相对于藻结皮和无结皮土壤,藓类结皮土壤酶活性最高(图3)。 4.  与土壤氨化过程相关的功能基因丰度在增温后显著降低,但是藻结皮土壤中硝化功能基因丰度显著增加(图4)。

 图1 试验设计



图2  BSCs—土壤净氮转化速率对增温的响应

结论:

     本研究结果表明,增温减雨显著抑制了土壤氮氨化和矿化过程、酶活性和功能基因。气候变化背景下,对土壤氮转化过程具有重要的调节作用,藻类结皮的繁衍和拓殖促进了土壤的硝化过程,通过改变土壤酶活性和功能基因丰度来影响土壤氮转化对增温的响应。本研究为准确评估未来全球变化背景下对荒漠生态系统氮素有效性的贡献及进一步认知的生态功能提供重要科学依据。

土壤氮转化与酶活性和功能基因拟合模型





图3  BSCs—土壤酶活性对增温的响应


图4   BSCs—土壤功能基因丰度对增温的响应












版权所有:国家生态系统观测研究网络 京ICP备05002847号   地址:甘肃省兰州市东岗西路320号,中国科学院西北生态环境资源研究院(筹)  
Email: spd@cern.ac.cn    TEL:13739553517   技术支持:中国科学院计算机网络信息中心·科学数据中心