短期增温对紫花针茅草原土壤微生物群落的影响

土壤微生物是生态系统碳循环的重要参与者和调控者。全球变暖可能对土壤微生物群落产生影响, 加速陆地生态系统向大气中释放碳, 进而引起陆地碳循环对气候变暖的正反馈。然而, 目前学术界对土壤微生物群落如何响应气候变暖等问题认识不足, 尤其是缺乏低温干旱条件下土壤微生物对增温响应的实验证据。为此, 该文依托青藏高原紫花针茅(Stipa purpurea)草原建立的增温实验平台, 基于磷脂脂肪酸(PLFA)方法测定了2015和2016年生长季表层(0-10 cm)土壤微生物各类群的生物量, 在此基础上揭示气候变暖对紫花针茅草原土壤微生物群落结构的影响。结果显示, 短期增温处理导致2015和2016年生长季(5-10月)的表层土壤温度均显著提高1.6 ℃, 同时也导致土壤含水量显著下降了3.4%和2.4% (体积分数), 但并没有显著改变土壤化学性质及归一化植被指数。增温处理下, 两年生长季旺期(8月)的微生物生物量碳(MBC)含量分别为749.0和844.3 mg·kg ^-1, 微生物生物量氮(MBN)含量为43.1和102.1 mg·kg ^-1, 微生物生物量碳氮比分别为17.9和8.4, 但实验期间MBC、MBN和微生物生物量碳氮比与对照没有差异。PLFA分析的结果显示细菌在微生物群落中占主导, 而丛枝菌根真菌含量最少, 增温处理并没有改变不同类群的微生物生物量以及群落结构。进一步的分析显示, 土壤温度和含水量是调控土壤微生物群落变异的主要因子, 并且增温导致的微生物生物量碳的变化量分别与土壤温度和含水量的变化量呈显著正相关关系。以上结果表明, 由于受水分的限制, 短期增温对紫花针茅草原土壤微生物群落没有显著影响。     

高寒草原土壤交换性盐基离子对氮添加的响应:以紫花针茅草原为例

土壤交换性盐基离子(Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+)在维持土壤养分与缓冲土壤酸化中起着重要作用,了解其对氮添加的响应有助于准确评估氮沉降背景下生态系统结构与功能的动态变化。然而,目前关于土壤交换性盐基离子对氮添加响应的相关研究主要集中在酸性土中。鉴于目前在碱性土中研究相对较少的现状,该研究以青藏高原高寒草原为研究对象,依托氮添加控制实验平台,通过连续3年(2014–2016)的测定,考察了8个不同施氮水平(0、1、2、4、8、16、24、32 g·m~(–2)·a~(–1))下土壤交换性盐基离子含量变化及其可能原因。结果显示:随着施氮量的增加,土壤交换性盐基离子,尤其是Mg~(2+)与Na~+含量显著降低。并且,盐基离子含量与植物地上生物量显著负相关(p0.05),说明氮添加通过促进植物生长,加速植物对盐基离子的吸收,进而导致土壤中盐基离子含量降低。此外,盐基离子含量也与土壤无机氮含量呈显著负相关(p0.05)关系,说明施氮还通过提高土壤中无机氮含量进而导致更多NH_4~+与土壤吸附的盐基离子交换,同时加剧NO_3~–淋溶,带走等电荷阳离子。需要指出的是,虽然连续施氮导致土壤pH值下降,但该土壤目前仍处于碳酸盐缓冲阶段,说明通常在酸性土中报道的"因缓冲土壤酸化引起的盐基离子损失机制"在碱性土中并不成立。这些结果意味着持续的氮输入会造成碱性土中盐基离子损失,进而影响土壤缓冲能力与植被生产力,未来草原生态系统管理中应重视这一问题。     

土壤含水量调控高寒草原生态系统N_2O排放对增温的响应

土壤氧化亚氮(N_2O)排放是大气N_2O不可忽视的来源。然而,目前学术界在气候变暖对土壤N_2O排放影响方面的认识仍存在较大争议,且调控土壤N_2O排放的微生物机制尚不明确。为此,该研究以青藏高原高寒草原生态系统为研究对象,使用透明开顶箱(OTCs)模拟气候变暖,并基于静态箱法测定了2014和2015年生长季(5–10月)的土壤N_2O通量,同时利用定量PCR技术测定了表层(0–10 cm)土壤中氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的基因丰度。结果显示:增温处理导致2014和2015年生长季表层(0–10 cm)土壤温度分别升高了1.7℃和1.6℃,土壤体积含水量下降了2.5%和3.3%,其他的土壤理化性质没有发生显著变化。土壤N_2O通量呈现年际差异,2014和2015年生长季的平均值分别为3.23和1.47μg·m~(–2)·h~(–1),然而,增温处理并没有显著改变土壤N_2O通量。2014年生长季主导硝化作用的AOA和AOB的基因丰度分别为5.0×10~7和4.7×10~5拷贝·g~(–1),2015年为15.2×10~7和10.0×10~5拷贝·g~(–1)。尽管基因丰度存在显著的年际差异,但在两年中与对照相比并未发生显著变化。在生长季尺度上,增温导致的土壤N_2O变化量与其引起的土壤水分变化量之间显著正相关,而与土壤温度的变化量之间没有显著相关关系。以上结果表明,增温导致的土壤干旱会抑制土壤N_2O通量对增温的响应,意味着未来评估气候变暖情景下土壤N_2O排放量时需考虑增温引发的土壤干旱等间接效应。