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。     

青藏高原高寒草地退化对土壤及微生物化学计量特征的影响

草地是我国陆地生态系统的重要组成部分, 具有重要的生产和生态功能。过去几十年来, 受气候变化和过度放牧等因素影响, 我国90%的天然草地发生不同程度退化。草地退化打破了土壤养分平衡, 影响草地生态系统的结构和功能。该研究以青藏高原高寒草地为研究对象, 基于三江源区多点采样和整个青藏高原高寒草地的meta分析相结合的手段, 解析了表层0-10 cm土壤和微生物碳氮磷含量及其化学计量特征随不同草地退化程度(未退化、中度和重度退化)的变化规律。结果显示, 草地退化整体上降低土壤有机碳、总氮和总磷含量及其化学计量比。土壤微生物碳氮含量随着退化程度的加剧而下降, 微生物磷含量不受退化的影响。微生物碳氮磷化学计量比沿退化梯度没有显著的变化规律, 且土壤和微生物元素化学计量比之间未呈现显著相关关系。以上结果表明, 草地退化致使土壤养分化学计量关系发生显著改变, 微生物群落自身却能维持一定的养分平衡。在长时间尺度上, 基于养分平衡的土壤质量提升技术可有效地促进退化高寒草地恢复, 改善其生态系统服务功能。     

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。     

青藏高原高寒草地3米深度土壤无机碳库及分布特征

准确评估土壤无机碳库的大小及其分布特征有助于全面理解陆地生态系统碳循环与气候变暖之间的反馈关系.然而, 由于深层土壤剖面信息匮乏, 使得目前学术界对深层土壤无机碳库的了解十分有限.该研究基于342个3 m深度和177个50 cm深度的土壤剖面信息, 采用克里格插值方法估算了青藏高原高寒草地不同深度的土壤无机碳库大小, 并在此基础上分析了该地区土壤无机碳密度的分布特征.结果显示, 青藏高原高寒草地0-50 cm,0-1 m,0-2 m和0-3 m深度的土壤无机碳库大小分别为8.26,17.82,36.33和54.29 Pg C, 对应的土壤无机碳密度分别为7.22,15.58,31.76和47.46 kg C·m^-2.研究区土壤无机碳密度总体呈现由东南向西北增加的趋势; 高寒草原土壤的无机碳密度显著大于高寒草甸的无机碳密度.整体上, 不同深度的高寒草原无机碳库约占整个研究区无机碳库的63%-66%.此外, 深层土壤中储存了大量无机碳, 1 m以下土壤无机碳库是1 m以内无机碳库的2倍.两种草地类型土壤无机碳的垂直分布存在差异: 对高寒草原而言, 0-50 cm土壤无机碳所占的比例最大; 但对高寒草甸而言, 在100-150 cm深度土壤无机碳出现富集.这些结果表明青藏高原深层土壤是一个重要的无机碳库, 需在未来碳循环研究中予以重视.