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生态与环境学院程晓莉团队在造林对生态系统功能的影响及其微生物机制研究中取得新进展

2021-08-20  

近日,生态与环境学院程晓莉团队在造林对生态系统功能的影响及其微生物机制研究中取得新进展,所取得的重要研究成果以 “Differential response of soil CO2, CH4, and N2O emissions to edaphic properties and microbial attributes following afforestation in central China”为题,在生态学权威期刊Global Change Biologydoi/10.1111/gcb.15826)发表论文,该论文是云南大学首次以第一(或通讯)作者在Global Change Biology发表的研究成果。

造林通过直接改变植被类型影响土壤有机质的输入,进而引起的土壤属性和微生物属性(微生物丰度、多样性、胞外酶活性)的变化,这些变化可以单独或与其他因子交互影响生态系统功能。造林会影响土壤温室气体排放的汇或源,然而造林条件下土壤CO2CH4N2O排放及其调控机制尚不完全明确。团队以丹江口库区造林地为研究对象,采用静态箱法测定土壤CO2CH4N2O的通量并探究其土壤属性和微生物属性的调控机制。研究结果表明造林地土壤CO2N2O排放量均显著高于休耕地,而土壤CH4吸收量在不同土地利用类型间差异均不显著。土壤CO2排放主要受土壤微生物活性(总PLFAs生物量)调控。土壤CH4吸收则受到土壤环境(土壤温度、土壤含水量)、土壤理化性质(可溶性有机碳、碳氮比和NH4+-N浓度)的驱动,反而与微生物(甲烷氧化菌:18:1ω7c)的关系并不密切。土壤N2O排放与硝化基因显著正相关,与反硝化基因nosZ显著负相关。也就是说,土壤CO2N2O排放直接依赖于土壤微生物属性,而土壤CH4吸收与土壤理化性质的关系更密切。造林后土壤CO2CH4N2O排放及其相关调控因子的差异为预测造林对气候变化减缓提供了新的见解(Global Change Biology, 2021, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.15826 , IF = 10.863)。生态与环境学院博士生陈琼为论文第一作者,程晓莉研究员为论文唯一通讯作者。

土壤胞外酶活性反映了微生物对养分的需求,从微生物代谢的角度评估造林背景下土壤微生物群落的养分限制具有重要作用。团队以丹江口库区造林地为研究对象,分析了造林地(森林和灌丛)、农田和荒地的氮水解酶活性和生态酶化学计量比的季节变化。研究发现,造林地和农田土壤的氮水解酶和特定酶活性均高于荒地,表明造林和耕作均加速了土壤的氮周转速率。同时发现土壤C: N: P生态酶比率偏离1:1:1,表明该地区土壤均受养分限制(氮、磷限制)而非能量限制(碳限制)。与荒地相比,造林地和农田中较高的土壤C: N酶和C: P酶比率以及向量长度表明造林和耕作均会导致土壤微生物更大的能量需求,从而缓解了土壤微生物的养分限制。同时土壤N: P酶比率<1,以及向量角度>45°表明四种土地利用类型下微生物群落更易受到磷限制而不是氮限制,研究发现造林加剧了磷限制,而耕作减轻了磷限制。结果表明土壤酶化学计量和养分状况的耦合可以揭示土地利用变化下的土壤微生物代谢限制和养分循环(Land Degradation & Development, 2021, 1-11, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ldr.4034, IF = 4.977)。生态与环境学院博士后张倩为论文第一作者,程晓莉研究员为论文唯一通讯作者。

以上研究得到国家自然科学基金(31770563)和中科院战略先导专项A(XDA26010102)的资助。

  供稿:生态与环境学院

  编辑:李哲

责任编辑:王崴


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