近日，云南大学生态与环境学院程晓莉团队在多个尺度生态系统功能及微生物调控机制研究中取得新进展。
自然丰度稳定氮同位素(δ15N）为陆地生态系统氮动态变化提供了很好的研究手段，被认为是很好地理解生态系统氮循环的有效途径。然而，目前关于山地生态系统叶片－土壤δ15N变化的模式和机制的研究还相对较少。
程晓莉团队以横断山区为研究对象，揭示了叶片－土壤δ15N随海拔梯度的变化及与氮运移速率的关系。所取得的重要研究成果以“Elevational shifts in foliar-soil δ15N in the Hengduan Mountains and different potential mechanisms” 为题，在生态学权威期刊Global Change Biology（http://doi.org/10.1111/gcb.16306; IF = 13.211）上发表论文。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。
研究结果显示在海拔3500 m处，尽管高的固氮和矿化作用会产生较多的速效氮，但叶片δ15N水平仍然最低，这种较低的叶片δ15N水平反映了中高海拔植被对氮的限制更强。随着海拔梯度的变化，较高的微生物固持和植物固有动力（例如植被群落偏好的δ15N变化）共同驱动了中海拔地区较强的植被氮限制。同时，土壤δ15N沿海拔并不是简单的线性关系，而是呈波动上升的趋势，且与叶面δ15N非耦合，这一结果表明凋落物输入可能并不是土壤δ15N的主要驱动因素。而土壤硝化和反硝化作用海拔梯度上土壤δ15N变化的主要驱动因子。总之，我们的研究结果根据沿海拔梯度叶片－土壤δ15N分布揭示了微生物固持在土壤氮动态的重要性，这将有助于增强我们对氮循环的理解。
以上研究得到国家自然科学基金(32130069)，中科院战略先导专项A(XDA26010102)，玛丽居里人才培育计划(No. 839806)，奥胡斯大学研究基金(AUFF-E-2019-7-1)，丹麦独立研究基金(1127-00015B)，北欧农业和粮食研究委员会的资助。
土壤细胞外酶在生态系统碳、氮和磷循环中起着关键作用，对气候、植物和土壤因子都非常敏感，但在大空间尺度上，上述因子对土壤酶活性的交互作用尚不明确。程晓莉团队以亚热带次生草原为研究对象，在600 km2的气候梯度上研究了5种土壤水解酶（β- d －纤维生物水解酶(CB)、β-1,4－葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N－乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、l－亮氨酸氨基肽酶(LAP）和酸性磷酸酶(AP)）活性的空间格局及其碳：氮：磷(C:N:P）获取率与植物输入和土壤性质之间的关系。所取得的研究成果以“Soil enzyme activity and stoichiometry in secondary grasslands along a climatic gradient of subtropical China” 为题，在生态学期刊Science of the Total Environment（https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154019; IF = 10.746）上发表论文，生态与环境学院博士后Adugna Feyissa为论文第一作者，程晓莉研究员为论文唯一通讯作者。
随着年平均气温(MAT）的升高，CB、BG和NAG活性降低，LAP活性升高，各酶活性随年平均降水量变化不显著。团队研究结果发现，植物的BG、NAG和AP活性主要依赖于N含量，而土壤LAP活性则与土壤中顽固性C和N含量密切相关。与此相反，C酶：(N和P酶）的获取率随着MAP的增加和MAT的降低而增加，这主要是由于温暖湿润地区植物输入量的增加。除气候因素外，植物C输入、C利用效率、土壤pH值、土壤有机C、土壤C:P和N:P比率分别占C酶：(N和P酶）和P酶：N酶获取比率的79%和72%。亚热带草原生态酶的C:N:P吸收比也表现出了意想不到的限制。总之，气候因子通过直接和间接作用影响植物输入和土壤养分，在控制土壤C、N、P生物获取活动中相当重要，这为更好地理解和预测区域尺度草地生态系统土壤碳和养分循环提供了有用的信息。
以上研究得到国家自然科学基金(32130069）和中科院战略先导专项A(XDA26010102）的资助。
在另一方面，土地利用变化显著影响陆地生态系统的气候、土壤和土壤微生物属性，目前研究中土地利用类型对土壤微生物属性的总体影响仍然有限。程晓莉团队综合了不同土地退化类型（按照人为干扰的强弱分为两种类型：干扰强的退化为耕地为I类，例如，森林、草地、灌丛退化成农田；干扰弱的退化类型为Ⅱ类，例如林地退化为草地、灌丛退化为草地、林地退化为灌丛）对土壤微生物属性的影响及其控制，所取得的研究成果以“Effects of land use change type on soil microbial attributes and their controls: Data synthesis” 为题，在生态学期刊Ecological Indicators（https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.108852; IF = 6.263）发表论文。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。
研究结果显示，总磷脂脂肪酸、真菌、细菌和放线菌生物量在人为干扰强的土地退化类型下大幅下降，土壤有机碳、全氮和碳氮比是该类型下土壤微生物属性的主要调控因子。而这些微生物属性在人为干扰弱的土地退化类型下普遍增加，土壤全氮、全磷和碳氮比是该类型下土壤微生物属性的主要调控因子，同时土壤有机碳含量较低导致基础微生物呼吸降低，碳氮比较高导致微生物代谢熵升高。总之该研究结果表明，土地利用类型对微生物属性及其控制具有高度依赖性，为进一步研究土地利用类型变化提供了新的思路。
以上研究得到国家自然科学基金(32130069）和中科院战略先导专项B(XDB15010200）的资助。
供稿：生态与环境学院
编辑：李哲
责任编辑：曾文蕊
