瀋陽生態所中國北方草地生態系統氮循環研究獲進展

2021-01-08 中國科學院

  氮素作為生物生存必須的元素之一,常常是限制生態系統功能的主要因子,因此研究氮素在乾旱區域的循環對於預測未來氣候變化下陸地生態系統養分循環及生態功能具有重要意義。

  2012年7月至8月,中國科學院瀋陽應用生態研究所組織了針對我國北方乾旱、半乾旱區東西樣帶的科研調查,完成了約4000公裡草地的土壤和植被採樣工作(圖1)。其中,白娥研究員帶領的科研團隊,探討了土壤和植物的氮的穩定性同位素(δ15N)在樣帶上的變化趨勢。研究發現:土壤δ15N值隨著乾旱指數(AI)的變成呈現鍾型曲線變化模式,分界值出現在AI= 0.32處(圖2)。進一步分析發現植物δ15N值、土壤氮循環微生物基因(包括硝化微生物和反硝化微生物)以及土壤呼吸熵等隨著AI的變化都表現出AI= 0.32的分界點。由此可以推測:在乾旱區域(AI< 0.32),草地生態系統氮流失主要以氣態損失為主,並且高於植物對氮的固定量;而在半乾旱區域(AI>0.32),氮素主要被植物固定,其固定量高於氣態的損失量。該研究首次揭示了中國北方乾旱和半乾旱區域生態系統氮同位素影響機制,提出AI=0.32為此區域氮循環的分界值,在此分界兩側氮循環的影響機制不同。這種非線性關係對於更好地理解乾旱區域氮循環特徵,預測養分循環對未來氣候變化的響應提供了新的思路。

  研究結果以Aridity threshold in controlling ecosystem nitrogen cycling in arid and semi-arid grasslands 為題發表在國際綜合刊物Nature communications (doi: 10.1038/ncomms5799)上。

  該研究得到國家青年「973」項目、國家自然科學基金和中國科學院戰略先導專項B等課題的支持。

 

圖1 研究選取草地分布區域及樣點的空間分布圖 

 

圖2 研究樣點土壤δ15N、總氮、C/N和pH值隨AI的變化趨勢 

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