崔驍勇教授研究團(tuán)隊(duì)在高寒草甸土壤微生物研究方面喜獲一系列重要進(jìn)展
在最新一期的土壤科學(xué)頂級(jí)期刊Soil Biology and Biochemistry上刊發(fā)了中國(guó)科學(xué)院大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院崔驍勇教授團(tuán)隊(duì)的博士研究生車榮曉的研究論文，至此，在三個(gè)月時(shí)間內(nèi)，車榮曉博士相繼在一個(gè)二區(qū)期刊和兩個(gè)一區(qū)期刊連續(xù)發(fā)表了三篇研究論文，報(bào)道了其在青藏高原高寒草甸土壤微生物方面取得的一系列重要研究進(jìn)展。
素有“世界第三極”之稱的青藏高原是全球變暖的敏感區(qū)。受氣候變化和過(guò)度放牧等因素的影響，該區(qū)域的高寒草甸正面臨著嚴(yán)重的退化問(wèn)題。盡管土壤微生物在決定生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變暖的反饋和退化草地的發(fā)展方向等方面起著至關(guān)重要的作用，但針對(duì)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的研究十分匱乏。據(jù)此，崔驍勇教授與其博士研究生車榮曉依托中科院海北站模擬增溫和放牧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，結(jié)合多地點(diǎn)調(diào)查采樣以及室內(nèi)土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地揭示了高寒草甸土壤微生物對(duì)增溫、放牧及退化的響應(yīng)，并從土壤氮循環(huán)微生物和無(wú)機(jī)氮庫(kù)動(dòng)態(tài)的角度對(duì)施磷和增加有機(jī)質(zhì)輸入等退化修復(fù)措施的可行性進(jìn)行了初步評(píng)估。
針對(duì)增溫、放牧的研究發(fā)現(xiàn)，為期6年的增溫處理通過(guò)改變微生物的群落結(jié)構(gòu)、抑制16S rRNA基因表達(dá)等途徑降低了土壤微生物呼吸，表明高寒草甸土壤微生物對(duì)全球變暖起著負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用。同時(shí)，該地區(qū)悠久的放牧歷史使得土壤微生物群落形成了對(duì)一定強(qiáng)度放牧壓力的抗性。該研究以Long-term warming rather than grazing significantly changed total and active soil procaryotic community structures為題發(fā)表于農(nóng)林科學(xué)一區(qū)期刊Geoderma。論文鏈接
圖1：高寒草甸土壤微生物對(duì)增溫和放牧的響應(yīng)
裸斑的出現(xiàn)和擴(kuò)展是高寒草甸退化的重要特征。研究發(fā)現(xiàn)，裸斑形成顯著增加了土壤硝化功能菌的數(shù)量，并上調(diào)了相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，導(dǎo)致土壤中大量的銨態(tài)氮被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，進(jìn)而大大提高了土壤中氮的淋失風(fēng)險(xiǎn)。硝化菌多為寡營(yíng)養(yǎng)型微生物，其數(shù)量的增加很可能是退化斑內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)損失引發(fā)的，相關(guān)分析也支持了這一結(jié)論。有效氮是陸地生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力最主要的限制因子，氮流失增加會(huì)進(jìn)一步降低有機(jī)質(zhì)向土壤的輸入，提高土壤硝化微生物的優(yōu)勢(shì)。因此，高寒草甸一旦出現(xiàn)退化裸斑，就很可能通過(guò)“有機(jī)質(zhì)—土壤微生物—氮”正反饋過(guò)程，加速退化的進(jìn)程。研究提出，增加有機(jī)質(zhì)輸入或施用硝化抑制劑是修復(fù)退化高寒草甸的潛在有效措施。該研究以Increase in ammonia-oxidizing microbe abundance during degradation of alpine meadows may lead to greater soil nitrogen loss為題發(fā)表于環(huán)境與生態(tài)科學(xué)重要國(guó)際期刊Biogeochemistry。論文鏈接
圖2：退化的高寒草甸
在上述研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究了植物凋落物和速效磷添加對(duì)退化高寒草甸土壤氮循環(huán)微生物功能群及無(wú)機(jī)氮庫(kù)的影響。該研究發(fā)現(xiàn)，速效磷添加短期內(nèi)并未對(duì)土壤微生物及無(wú)機(jī)氮庫(kù)產(chǎn)生顯著影響，而凋落物添加則顯著抑制了硝化功能菌的活性，并激活了反硝化及固氮基因的表達(dá)，從而導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮顯著降低、氨態(tài)氮顯著增加。由于重度退化土壤中的無(wú)機(jī)氮主要以硝態(tài)氮為主，因此增加有機(jī)質(zhì)短期內(nèi)會(huì)降低土壤的供氮能力，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)上看，有機(jī)質(zhì)輸入增加一方面能抑制硝化作用，減少土壤氮素流失；另一方面又可以激活固氮作用，增加土壤無(wú)機(jī)氮輸入。綜上所述，盡管增加凋落物輸入會(huì)在短期內(nèi)減少土壤無(wú)機(jī)氮含量，但其長(zhǎng)期效應(yīng)很可能有利于退化草地的恢復(fù)。相關(guān)研究以Litter amendment rather than phosphorus can dramatically change inorganic nitrogen pools in a degraded grassland soil by affecting nitrogen-cycling microbes為題發(fā)表于土壤科學(xué)頂級(jí)期刊Soil Biology and Biochemistry。論文鏈接
圖3：凋落物添加對(duì)退化草甸土壤氮循環(huán)功能群及無(wú)機(jī)氮庫(kù)的短期效應(yīng)
以上研究得到中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的共同資助。相關(guān)論文的通訊作者均為崔驍勇教授，第一作者均為車榮曉博士。
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com