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崔骁勇教授研究团队在高寒草甸土壤微生物研究方面喜获一系列重要进展

  • 崔骁勇
  • 日期:2018-04-20
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在最新一期的土壤科学顶级期刊Soil Biology and Biochemistry上刊发了中国科学院大学生命科学学院崔骁勇教授团队的博士研究生车荣晓的研究论文,至此,在三个月时间内,车荣晓博士相继在一个二区期刊和两个一区期刊连续发表了三篇研究论文,报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进展。

素有“世界第三极”之称的青藏高原是全球变暖的敏感区。受气候变化和过度放牧等因素的影响,该区域的高寒草甸正面临着严重的退化问题。尽管土壤微生物在决定生态系统对全球变暖的反馈和退化草地的发展方向等方面起着至关重要的作用,但针对高寒草地生态系统的研究十分匮乏。据此,崔骁勇教授与其博士研究生车荣晓依托中科院海北站模拟增温和放牧实验平台,结合多地点调查采样以及室内土壤培养实验,系统地揭示了高寒草甸土壤微生物对增温、放牧及退化的响应,并从土壤氮循环微生物和无机氮库动态的角度对施磷和增加有机质输入等退化修复措施的可行性进行了初步评估。

针对增温、放牧的研究发现,为期6年的增温处理通过改变微生物的群落结构、抑制16S rRNA基因表达等途径降低了土壤微生物呼吸,表明高寒草甸土壤微生物对全球变暖起着负反馈调节作用。同时,该地区悠久的放牧历史使得土壤微生物群落形成了对一定强度放牧压力的抗性。该研究以Long-term warming rather than grazing significantly changed total and active soil procaryotic community structures为题发表于农林科学一区期刊Geoderma论文链接

1:高寒草甸土壤微生物对增温和放牧的响应

裸斑的出现和扩展是高寒草甸退化的重要特征。研究发现,裸斑形成显著增加了土壤硝化功能菌的数量,并上调了相关基因的转录表达,导致土壤中大量的铵态氮被转化为硝态氮,进而大大提高了土壤中氮的淋失风险。硝化菌多为寡营养型微生物,其数量的增加很可能是退化斑内土壤有机质损失引发的,相关分析也支持了这一结论。有效氮是陆地生态系统初级生产力最主要的限制因子,氮流失增加会进一步降低有机质向土壤的输入,提高土壤硝化微生物的优势。因此,高寒草甸一旦出现退化裸斑,就很可能通过“有机质—土壤微生物—氮”正反馈过程,加速退化的进程。研究提出,增加有机质输入或施用硝化抑制剂是修复退化高寒草甸的潜在有效措施。该研究以Increase in ammonia-oxidizing microbe abundance during degradation of alpine meadows may lead to greater soil nitrogen loss为题发表于环境与生态科学重要国际期刊Biogeochemistry论文链接

  

2:退化的高寒草甸

在上述研究的基础上,进一步探究了植物凋落物和速效磷添加对退化高寒草甸土壤氮循环微生物功能群及无机氮库的影响。该研究发现,速效磷添加短期内并未对土壤微生物及无机氮库产生显著影响,而凋落物添加则显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达,从而导致土壤硝态氮显著降低、氨态氮显著增加。由于重度退化土壤中的无机氮主要以硝态氮为主,因此增加有机质短期内会降低土壤的供氮能力,但是从长远上看,有机质输入增加一方面能抑制硝化作用,减少土壤氮素流失;另一方面又可以激活固氮作用,增加土壤无机氮输入。综上所述,尽管增加凋落物输入会在短期内减少土壤无机氮含量,但其长期效应很可能有利于退化草地的恢复。相关研究以Litter amendment rather than phosphorus can dramatically change inorganic nitrogen pools in a degraded grassland soil by affecting nitrogen-cycling microbes为题发表于土壤科学顶级期刊Soil Biology and Biochemistry论文链接

3:凋落物添加对退化草甸土壤氮循环功能群及无机氮库的短期效应

以上研究得到中科院战略先导专项、国家自然科学基金及国家重点研发计划等项目的共同资助。相关论文的通讯作者均为崔骁勇教授,第一作者均为车荣晓博士。