来源:Soil Ecology Letters 发布时间:2022/12/30 16:21:37
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SEL | 前沿研究:黄土高原农业土壤的累积CO2排放和微生物多样性取决于干湿循环的润湿强度

论文标题:Dependence of cumulative CO2 emission and microbial diversity on the wetting intensity in drying-rewetting cycles in agriculture soil on the Loess Plateau(黄土高原农业土壤的累积CO2排放和微生物多样性取决于干湿循环的润湿强度)

期刊:Soil Ecology Letters

作者:Panpan Jiao, Lei Yang, Xiaodong Nie, Zhongwu Li, Lin Liu, Peng Zheng

发表时间:02 Jun 2023

DOI:10.1007/s42832-022-0147-1

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本研究选取黄土高原典型农业土壤(塿土)为研究对象,开展室内培养模拟实验,研究土壤微生物群落和碳矿化对干湿交替不同湿润强度(5%−25%和5%−36%)和循环次数(1至4次)的响应模式。研究结果表明,干湿循环降低了细菌的丰富度和多样性,湿润强度越高引起的呼吸脉冲越大。干湿循环过程中,再润湿后引起呼吸的脉冲不能充分补偿干燥期的低呼吸速率,使得CO2的净排放量降低。

文章简介

土壤水分对微生物群落性质及生物活动至关重要,气候变化导致的干旱-再湿润过程,可能会对干旱和半干旱地区土壤微生物特性和微生物介导的土壤碳循环产生较大影响。土壤中含有大量碳储量,可能在微生物群落和大气环境之间进行相互反馈,但不同强度的干旱-再湿润过程对微生物特性和呼吸行为的影响仍尚不清楚。

本研究选取黄土高原典型农业土壤(塿土)为研究对象,开展室内培养模拟实验,研究土壤微生物群落和碳矿化对干湿交替不同湿润强度(5%−25%和 5%−36%)和循环次数(1至4次)的响应模式,以5%、25%和36%的恒定水分条件作为对照。结果表明,5%−36%干湿循环处理下的细菌多样性和丰富度降低幅度大于5%−25%处理,但是真菌在不同润湿强度下的多样性和丰富度相似。细菌群落的聚类主要受湿润强度的影响,不受循环次数的影响,而真菌群落皆不受循环次数和湿润强度的影响。细菌共现网络的相互作用较复杂,4个循环后的网络节点数、边数、平均度、直径和平均聚类系数较高,而真菌在经历1个循环后共现网络的相互作用比经历四个循环后更复杂。复湿引起明显的呼吸速率脉冲,且复湿强度越大,脉冲强度越大,脉冲强度随着循环次数的增加而减小。干湿交替处理的CO2累积排放量低于恒定湿润条件,5%−36%干湿循环处理的净减排量是5%−25%处理的1.18倍。干湿交替引起呼吸的脉冲不能充分补偿干燥期的低呼吸速率,使得CO2的净排放量降低。本研究为黄土高原农业系统土壤碳库维持提供了理论依据。

摘要

Altered drying-rewetting (DRW) procedures due to climate change may influence soil microbial properties and microbially-mediated carbon cycling in arid and semi-arid regions. However, the effects of DRW of different intensities on the microbial properties and respiration are not well understood. Thus, the responsive patterns of microbial communities and carbon mineralization in agriculture soil on the Chinese Loess Plateau to DRW treatments with different wetting intensities (5%−25% and 5%−36%) and frequency (1-cycle to 4-cycle) were investigated. Continuous moisture levels of 5%, 25% and 36% were used as control. Results revealed that the reduction of bacterial diversity and richness were greater for 5%−36% than 5%−25% treatment, while diversity of fungi was similar for different wetting intensities. Bacterial communities became clustered by wetting intensity rather than cycle number, however fungal community was unaffected by DRW. The complexity of bacterial co-occurrence network increased because of higher nodes, edges, average degree, diameter and average cluster coefficient after 4-cycles, and the interaction was more complex after 1-cycle for fungi. Rewetting caused a pulse-like increase of respiration rate, and the pulse amplitude was greater for DRW with high rewetting intensity and decreased with the increase of cycle number. The cumulative CO2 emission for DRW treatments was lower than that for the continuous moisture conditions. The net reduction of carbon release for 5%−36% treatment was 1.18 times higher than that for 5%−25% treatment. Our study provides experimental evidence of the positive potential of DRW processes for maintaining soil carbon stock in an agriculture system on the Loess Plateau.

作者及团队介绍

焦盼盼(第一作者),中国科学院水土保持与生态环境研究中心2019级博士研究生,研究方向为土壤侵蚀与碳循环。

聂小东(通讯作者),湖南师范大学地理科学学院副教授,主要从事生源要素循环及其生态环境效应研究。

李忠武(通讯作者),中国科学院水土保持与生态环境研究中心研究员;湖南师范大学地理科学学院教授。主要从事土壤侵蚀与碳循环、全球气候变化、土壤重金属污染防治等方面的教学科研工作。

SEL虚拟专辑文章合集

土壤生物地球化学循环

1. 生物炭和生物风化矿粉通过碱化土壤增强无机碳固存

2. 土壤微生物碳利用效率对气候变暖的响应

3. 长期增温对青藏高原土壤生态酶活性及初始微生物养分限制无影响

4. 氮添加对白羊草地群落中不同功能物种植物-土壤-微生物化学计量特征的影响

5. 土壤磷决定了退耕还林过程丰富和稀有细菌群落的独特构建策略

6. 不同施肥对稻田土壤氧氨氧化活性、丰度及群落组成的影响

7. 土壤总氮矿化的根际效应:整合分析

8. 水稻生育期二氧化碳升高和氮肥施用对收获后土壤团聚体中根际沉积碳去向的影响

土壤微生物生态学

1. 重新认识菌根:菌根真的如普遍认为的那样重要吗?

2. 土壤pH驱动紫金山小海拔尺度下土壤细菌群落的分异

3. 一平方米的土壤中生活着多少种细菌和古菌?

4. 土壤颗粒和水分相关因子驱动了锡林河流域河床-河漫滩-阶地连续体细菌群落的分异

5. 长期秸秆还田影响土壤细菌群落与硅形态相互转化的关系及提高水稻产量

6. 间作系统中丛枝菌根真菌的作用与变化

7. 细菌和真核生物群落的相互作用可能对对虾养殖池塘土壤生态系统的贡献

8. 不同农艺措施对根际和根区土壤细菌群落的影响

9. 植物通过根系分泌物招募假单孢菌协助抵抗地上部病原菌侵染

土壤污染与修复

1. 黄土高原土壤微生物介导的酶促进了采后复垦人工林的次生演替

2. 结合宏基因组学评估消毒剂使用对土壤微生态的潜在风险

3. 新型生物炭物理结构和化学组成变化对水溶液中铜的吸附影响和机理研究

4. 重金属污染增加土壤微生物碳限制:来自生态酶化学计量学的证据

5. 两种水稻根系Cd胁迫响应的表型和代谢组学分析

6. 改性粉煤灰对Cd和Pb污染土壤的修复

7. 有机磷系阻燃剂在土壤-植物体系中的环境行为和生态效应

8. 性激素在水-土或沉积物体系中的吸附-解吸

9. 重金属污染土壤热固化修复再利用生态风险和人体健康风险评价方法体系构建

土壤动物及其生态功能

1. 数据库和引物的选择对长白山不同植被土壤线虫群落组成的影响

2. 在微田间实验中施肥和杂草物种丰富度对土壤线虫群落影响

3. 植物资源输入对土壤线虫能量通量的影响受气候和植物资源类型的影响

4. 黑土农田区域和局域尺度蜘蛛、甲虫和蚂蚁的beta多样性分析

5. 纳米银在土壤动物食物链中积累和转移的潜在风险及对N元素传递的影响

6. 蚯蚓在长期免耕土壤中促进了根系来源碳向土壤大团聚体的累积

期刊简介

Soil Ecology Letters(SEL) 由高等教育出版社与中国科学院城市环境研究所共同主办,SpringerNature海外发行。报道领域包括:土壤生物多样性、土壤互营和食物网、土壤微生物组、土壤—植物相互作用、土壤生物地球化学循环、土壤生物修复和恢复、土壤多功能性、土壤生物对环境变化的响应和适应、土壤生态过程的突破性技术、新理论和模型。栏目包括但不限于:letter to editor, perspective, review, rapid report, research article, commentary, SEL digest。

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