三江源地区不同建植期人工草地植被特征及其与土壤特征的关系

研究了三江源地区不同建植期人工草地群落生物量、物种组成、多样性指数和土壤理化特征,并用多元逐步回归分析法探讨了土壤理化特征对群落生物量、多样性变化的响应.结果表明:研究区不同建植期人工草地植物群落的种类组成、植物功能群组成和群落数量特征存在显著差异;土壤含水量随着物种多样性指数的增加而增加,土壤容重随着物种多样性的增加而减小;土壤微生物生物量碳与土壤含水量、土壤有机质呈极显著正相关,与土壤容重呈极显著负相关;土壤有机碳含量明显呈"V"字型变化,且与土壤含水量的变化趋势相一致,随土壤容重的增加而减少;群落生物量与土壤养分和土壤含水量之间呈显著正相关,群落地上、地下生物量的增加有利于提高土壤养分含量.     

青藏高原高寒草地退化与人工恢复过程中植物群落的繁殖适应对策

以三江源区不同退化程度高寒草甸和不同恢复年限人工草地作为研究对象,通过野外调查与采样、实验室分析,探究了高寒地区退化天然草地与人工恢复草地的植被群落繁殖构件数量变化.结果表明:在群落水平上,天然草地退化和人工草地建植会对植物繁殖构件的数量和生物量产生影响.随着天然草地退化程度的增加,营养枝数量和生物量则明显下降,而繁殖枝的数量和生物量明显升高(P＜0.05);随着人工草地恢复年限的增加,营养枝的数量和生物量逐渐增加,而繁殖枝的数量和生物量则逐渐降低(P＜0.05);随着恢复年限的增加,人工草地繁殖构件的变化逐渐接近未退化天然草地.在功能群水平上,植物繁殖构件数量亦随草地退化程度和人工恢复年限而变化.随着恢复年限的增加,禾本科、莎草科、杂类草的营养枝数量和生物量均呈现显著增加(P＜0.05),而繁殖枝数量和生物量则显著下降,禾本科的繁殖构件数量远远大于莎草科和杂类草;随着退化程度的增加,三大功能群的营养枝枝数和生物量显著增加(P＜0.05),而繁殖枝则呈现相反的趋势.实证了草地退化和人工恢复改变植物群落繁殖分配对策的科学假设,为高寒草地植被恢复重建技术的发展和更新提供理论支撑.     

Reasonable management of perennial planting grassland contributes to positive succession of soil microbial community in Sanjiangyuan of Qinghai-Tibetan Plateau,China

合理管理多年生人工建植草地有助于中国青藏高原三江源土壤微生物群落的正向演替 摘要：草地重建是缓解青藏高原三江源“黑土滩”的一种主要方法,同时了解如何管理建植草地也至关重要。而哪种人工管理模式更能有效地恢复“黑土滩”退化草地？为恢复“黑土滩”提供科学依据,我们研究了不同管理模式下人工草地植被特性、土壤理化性质和土壤微生物群落结构的变化,并探讨了不同管理模式对人工草地群落的影响。在本研究中,植被特性和土壤理化性质分别通过实地调查和实验室分析等方法得出,并且运用高通量测序技术测定了土壤微生物群落组成。研究结果表明,在不同管理模式下的人工建植草地植被特性、土壤理化性质和土壤微生物群落结构存在明显差异,而且植被植物多样性、地上生物量、土壤有机碳显著控制着放线菌门和担子菌门。当建植一次时Shannon-Wiener指数、地上生物量和土壤有机碳达到峰值,此时放线菌门和担子菌门所被注释的ASVs的相对丰度显著富集。此外,该管理模式下土壤的细菌多样性最高,真菌多样性最低,土壤逐渐成为“细菌型”土壤。由此得出,建植一次的人工草地植被特性和土壤环境更有利于整体群落的正向演替,是恢复“黑土滩”最合理的管理模式。     

三江源区“黑土滩”型退化草地人工恢复植物群落的演替动态

选取青藏高原三江源区"黑土滩"型退化草地上建植的人工草地为研究对象,对不同建植年限人工草地植物群落及其各功能群的物种组成、平均高度、盖度和地上生物量及植物多样性等进行实地调查和对比分析,探讨"黑土滩型"退化草地在人工恢复过程中植物群落组成和多样性变化,以期回答人工恢复的草地植物群落何时才能接近天然草地、人工恢复的时间阈值应为多长等问题,从而为三江源区"黑土滩"型退化草地的恢复重建提供科学的理论指导。研究结果表明:草地恢复前5年内,禾本科植物的数量大量增加,植物群落的高度增加了847.6%,植物群落盖度增加了134.5%;不同恢复年限的草地植物群落的多样性指数都有相似的变化趋势,恢复8年后植物群落组成达到阶段性的稳定状态,在恢复时间达16—18年后,逐渐向更稳定的状态转化;恢复18年的草地与天然草地植物群落的Jaccard及Sorensen相似度指数分别为0.596、0.747,Cody差异度指数为9.5。由此可见,建植人工草地的方式恢复退化草地,可在建植8年后达较好的恢复效果;恢复时间达16年以上的人工草地采取适度的调控措施,有利于其向天然草地恢复演替;建植18年的人工草地物种组成情况与天然草地最接近,但仍有差异。因此,"黑土滩"型退化草地的人工促进恢复,到未退化的状态至少需要18年以上。     

巴音布鲁克高寒人工草地土壤可培养微生物区系特征

以巴音布鲁克建植期为4、8、15和20年的4种人工草地为对象,以天然草地为对照,采用平板表面涂抹法对0～20cm、20～40cm的土壤微生物区系特征进行了分析。结果表明:细菌数量以建植期4年的草地土壤最多,20年最少,8年、15年人工草地分别是天然草地的1.19和0.58倍;真菌数量为4年人工草地>20年人工草地>15年人工草地>8年人工草地>天然草地;放线菌数量以天然草地最多,8年人工草地次之,20年、4年、15年人工草地依次降低;细菌、真菌以及放线菌数量均在8月达到最大值,9月最小;细菌与植被盖度呈显著正相关(P<0.05),微生物总数与植被盖度呈极显著正相关(P<0.01),真菌与土壤含水量呈极显著正相关(P<0.01),与电导率呈显著正相关(P<0.05),pH值对放线菌的影响最大;影响微生物类群总数的主要生态因子是植被盖度和建植年限。     

三江源区不同建植年限对人工草地土壤微生物功能多样性的影响

明确三江源区不同建植年限人工草地土壤微生物功能多样性的变化规律,探索高寒地区人工草地恢复措施,可以为退化高寒草甸恢复治理提供理论依据。试验于2014年8月在青海省果洛州选择建植4年、8年和12年的多年生禾本科人工草地为试验样地,利用常规实验室分析和Biolog-ECO生态板法对土壤养分和土壤微生物功能多样性进行分析。结果表明:在0~10 cm土层,土壤pH与TN含量在建植4年显著高于其他建植年限;TK和速效养分含量随建植年限增加而升高;在10~20 cm土层,土壤pH在建植4年显著大于其他年限;TK含量在建植12年时显著小于其他年限,AN和AK则呈现建植8年12年4年;AWCD值在0~10 cm土层表现为建植8年12年4年,而在10~20 cm土层随建植年限的增加而增加;在0~10 cm土层,Shannon指数和Pielou指数均是建植12年显著小于建植4年和8年;在10~20 cm土层,Mc Intosh指数表现出建植12年8年4年,且差异显著,而Shannon指数和Pielou指数则表现出建植4年显著小于8年和12年。主成分分析表明,氨基酸类和酯类是土壤微生物利用的主要碳源类型。冗余分析表明,有机碳、速效钾、速效氮、全钾和pH是影响不同建植年限人工草地土壤微生物功能多样性和代谢活性的主要因子。不同建植年限人工草地土壤微生物功能多样性存在差异,随着建植年限的增加,土壤养分状况、微生物群落稳定性和生态环境得到改善。     

三江源区不同建植期人工草地甘肃马先蒿生物量分配

以三江源区不同建植期人工草地中典型杂草甘肃马先蒿为研究对象,以建植前为对照,比较建植期为5年、10年的垂穗披碱草人工草地中马先蒿形态特征、器官生物量和资源投资状况.结果表明:(1)甘肃马先蒿在不同建植期人工草地中个体形态特征如株高、花柱高、花数目存在显著差异,而根系长、分枝数、叶片数差异不显著;不同阶段各器官生物量发生改变,根系生物量、茎叶生物量、繁殖器官生物量变化差异显著,而总生物量无显著差异.(2)综合建植前与建植后5、10年这3个时期样地中甘肃马先蒿在形态特征与资源投资状况的变化特征发现:总生物量、茎叶生物量、繁殖器官生物量、花数都呈现先下降再上升的V"字形变化趋势,根系生物量、株高逐渐增大,而花序长度则持续下降;资源相对投资比例也随建植期的不同表现出明显的差异,地上部分和地下部分的相对投资随时间的增加而上升,繁殖投资则表现出逐年降低的趋势.(3)以总生物量为个体大小参数,在同一时期内甘肃马先蒿各器官的绝对生物量具有明显的大小依赖性,随着个体大小的增加,茎叶生物量、根系生物量和花生物量均显著增加.但不同建植期人工草地中各器官生物量的个体大小依赖性响应程度不同,其中茎叶生物量和根系生物量的大小依赖程度随建植年限的增加而增加,而花生物量的个体大小依赖性却随建植期的延长而减弱.     

黄土丘陵区人工灌木林恢复过程中的土壤微生物生物量演变

采用时空互代法,以黄土丘陵区生态恢复过程中不同年限的人工柠条和沙棘林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为对照,分析了植被恢复过程中土壤微生物生物量、呼吸强度、代谢商（qCO2）及土壤理化性质的演变特征.结果表明：生态恢复过程中人工柠条林土壤理化性质得到明显改善,微生物生物量随恢复年限的增加变化显著,柠条栽植7a后微生物生物量碳较坡耕地显著增加,随后每5～7a的变化均达到显著水平;微生物生物量氮和微生物生物量磷在前13a无显著变化,20～30a处于基本稳定期,较坡耕地显著增加,但明显低于天然侧柏林;呼吸强度随恢复年限的增加逐渐升高,20～25a达到最大值,随后开始下降,30a时达到最低值;qCO2在恢复初期较坡耕地显著升高,随后迅速降低,30a后回落至坡耕地之下,但仍显著高于天然侧柏林;不同灌木林对土壤质量的改善作用不同,恢复年限相同的沙棘林土壤微生物生物量、呼吸强度明显高于柠条林,但qCO2无显著差异.相关性分析显示,微生物生物量碳、氮、磷、qCO2与土壤养分和恢复年限显著相关.黄土丘陵区人工灌木林可通过生物的自肥作用恢复土壤肥力和增加微生物生物量,但要恢复到破坏前该地区顶级群落时的土壤微生物生物量和理化指标,必须加强林地管理,促进植物群落的拓殖与更替,且此过程相对于生态破坏过程要漫长的多.     

不同恢复类型植被细根分布及与土壤理化性质的耦合关系

针对陕北典型黄土丘陵区吴起县主要人工造林和自然封育植被恢复类型,确定5、15年和40年不同退耕年限下的沙棘、山杏及自然恢复草地样地,进行剖面采样,分析不同植被恢复类型下细根生物量、土壤理化性质,研究了不同恢复类型和不同年限植被细根生物量与土壤理化性质随时间的变异规律及耦合关系。结果表明,(1)总体上,主要造林树种和退耕自然封育草地细根生物量都随林龄和退耕年限的增长呈增加趋势,同年限人工造林树种细根生物量大于自然恢复的草地,不同植被群落细根生物量均表现出随着深度的增加呈指数递减规律。(2)自然封育的草地生态系统土壤含水量大于人工山杏林和沙棘林。人工造林和自然封育植被恢复下,土壤团聚体稳定性都随退耕年限的增加而增强,有机质、全氮、全磷含量也都呈增加趋势,土壤平均含水量则呈减小趋势。(3)细根生物量与土壤容重和团聚体稳定性显著相关,植物细根在土壤结构改善中起到了重要作用。     

西瓜连作对土壤主要微生物类群和土壤酶活性的影响

从昌乐不同种植年限西瓜大棚采集土壤,测定了连续种植6、8、10、14和20年西瓜大棚土壤中细菌、放线菌和真菌数量、土壤酶活性及土壤理化特性状的变化特点.结果表明:随着种植年限的增加,土壤中细菌、放线菌呈现先升后降趋势;真菌数量变化趋势则与之相反;蛋白酶、多酚氧化酶也同样呈现先升后降趋势,脲酶呈下降趋势,蔗糖酶呈上升趋势;同时在连作栽培过程中,土壤中速效氮含量较为稳定,速效钾和速效磷的含量随着连作年限的增加出现少量积累,土壤酸化日趋严重.讨论了连作条件下土壤微生物数量与土壤酶活性及土壤理化性状之间的关系.     

Bouncing Back: Plant-Associated Soil Microbes Respond Rapidly to Prairie Establishment

It is well established that soil microbial communities change in response to altered land use and land cover, but less is known about the timing of these changes. Understanding temporal patterns in recovering microbial communities is an important part of improving how we assess and manage reconstructed ecosystems. We assessed patterns of community-level microbial diversity and abundance in corn and prairie plots 2 to 4 years after establishment in agricultural fields, using phospholipid fatty acid biomarkers. Principal components analysis of the lipid biomarkers revealed differing composition between corn and prairie soil microbial communities. Despite no changes to the biomass of Gram-positive bacteria and actinomycetes, total biomass, arbuscular mycorrhizal fungi biomass, and Gram-negative bacteria biomass were significantly higher in restored prairie plots, approaching levels found in long-established prairies. These results indicate that plant-associated soil microbes in agricultural soils can shift in less than 2 years after establishment of perennial grasslands.     

黄土高原半干旱区不同种植年限紫花苜蓿人工草地土壤微生物和线虫群落特征

建植紫花苜蓿人工草地是黄土高原植被恢复的重要措施之一。土壤微生物和线虫群落特征是评价和调控植被恢复的生态环境效应的重要依据。本研究在宁夏南部山区选取不同种植年限(1、2、6和12年)的紫花苜蓿人工草地为研究样地,以农田和天然草地作为对照,探索黄土高原人工草地植被恢复过程中土壤微生物和线虫群落的演变规律及其影响因素。结果表明: 1)种植苜蓿显著提高了土壤细菌群落的Chao1、ACE和Shannon多样性指数,并在种植苜蓿后第6年达到最高,但在种植6年和12年后真菌群落多样性降低;随着苜蓿种植年限的增加,真菌群落组成从农田逐渐向天然草地方向演变;2)土壤线虫数量与细菌群落多样性的变化趋势相同,在种植苜蓿后第6年出现峰值,该时期线虫群落结构组成与农田较相似,苜蓿12年样地则更接近天然草地;随着苜蓿种植年限的增加,食细菌线虫、植食性线虫比例总体呈上升趋势,食真菌线虫、杂食/捕食线虫比例呈下降趋势,土壤成熟度指数(MI)逐渐减小,植物寄生线虫指数(PPI)和线虫通路指数(NCR)则不断增大;3)在苜蓿人工草地植被恢复过程中,土壤有机碳、全氮和速效磷对土壤微生物群落结构影响较大,并进一步影响线虫群落结构;细菌和真菌群落优势类群和多样性与线虫的不同营养类群及生态指数之间存在密切联系,表明微生物群落结构与多样性对线虫群落具有显著影响;在不同种植年限苜蓿草地中,植物的生物量与多样性的变化可能通过影响土壤微生物与线虫食物资源状况从而引起其群落特征的改变。     

黄河三角洲贝壳堤土壤微生物生物量对不同生境因子的响应

从土壤微生物生物量角度分析黄河三角洲贝壳堤不同生境的土壤肥力状况,基于黄河三角洲贝壳堤植被类型,以4种不同生境的土壤为研究对象,测定了微生物生物量碳、氮、磷和相关的土壤理化性质。结果表明,不同生境中土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤微生物生物量(MBN)、土壤微生物生物量(MBP)均值均为滩脊背海侧高潮线向海侧,且表现出明显的垂直分布特征:0—5 cm5—10 cm10—20 cm20—40 cm40—60 cm。土壤MBC、MBN、MBP占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)百分比变化范围分别为1.09%—3.48%、2.62%—7.27%、0.78%—2.86%,滩脊、背海侧和高潮线处MBC/SOC无显著差异(P0.05),但显著高于向海侧MBC/SOC(P0.05)。土壤MBN/TN、MBP/TP的变化趋势为滩脊和背海侧向海侧和高潮线。滩脊和背海侧土壤微生物碳、氮、磷的非生物限制性因子为土壤含水量、p H值、含盐量;向海侧和高潮线区域土壤微生物碳、氮、磷的非生物限制性因子为含水量和pH值。滩脊、背海侧和高潮线土壤微生物生物量碳、氮、磷及土壤养分间的相关关系显著或极显著,且协同性和稳定性高,表明土壤微生物生物量碳、氮、磷可以作为判断黄河三角洲贝壳堤土壤肥力状况的生物学指标,这为黄河三角洲贝壳堤的土壤肥力管理和植被恢复提供一定的理论依据。     

漓江河岸带不同水文环境土壤微生物与土壤养分的耦合关系

基于漓江河岸带典型地段内砾石滩、草地、灌草地和疏林地等4类水文环境梯度上的土壤样品分析,探讨了漓江河岸带土壤养分、微生物数量及微生物量等的变化特征及耦合关系。结果表明:土壤养分含量、土壤微生物数量及微生物量等在不同水文环境下均有显著差异。随着水淹时间的减少,土壤含水量、pH值、有效氮、有效磷和有效钾均呈先增后减的趋势,最大值多出现在灌草地,最小值多出现在砾石滩,而土壤微生物总量、细菌、放线菌数量和微生物量也为先增后减趋势,其数量或含量在灌草地最多,砾石滩最少。简单相关分析表明漓江河岸带各微生物指标与土壤有效氮、有效磷及速效钾相关性较强,与土壤全氮、全磷和全钾的相关性较弱。冗余分析表明土壤有效氮、有效磷和含水量是影响微生物总数、细菌数量、微生物量碳、微生物量氮和微生物量磷的重要因素,而有机质和全氮是影响放线菌数量的重要因素。研究结果说明适当的水文干扰有利于河岸带土壤养分的积累,对土壤微生物数量及其生物量也有显著促进作用;土壤有机质和有效养分含量(有效氮、有效磷等)与微生物数量及微生物量关系密切,其含量很大程度影响着微生物数量及其活性。在漓江河岸带生态保护和评估等研究过程中应充分考虑不同水文环境下的土壤微生物和养分的变化特征及耦合关系。     

岷江干旱河谷优势灌丛对土壤微生物群落组成的影响

通过调查岷江干旱河谷两河口、飞虹、撮箕和牟托4个样地优势灌丛及其灌丛间空地的表土土壤物理化学性质和微生物群落组成,探讨植物灌丛群落对土壤微生物群落组成的影响。研究发现不同灌丛种类对土壤微生物群落组成以及土壤物理化学性质并没有显著影响,而同一样地灌丛与空地间的差异却较为显著。灌丛下比空地土壤中具有更高的有机质、养分含量,更高的土壤含水量和更低的容重,而灌丛下相对富集的养分资源是造成灌丛与空地间微生物群落组成差异的主要原因。不同样地影响微生物群落的主要因子存在一定差异,但与氮相关的因子(总氮、有效氮、碳/氮比)对土壤微生物群落着非常重要的影响,特别是对土壤微生物群落总生物量和细菌类群(革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、细菌等)。虽然不同灌丛和空地下土壤中细菌群落都没有显著地变化,但真菌和菌根真菌却明显的在灌丛下富集。在飞虹和牟托样地,总磷和碳/磷比与真菌类群,主要指真菌和菌根真菌,表现出显著正相关性,这或许反映了真菌类群对于该区域磷循环的重要作用。研究结果揭示了灌丛植被在干旱河谷地区地下生态系统中的重要作用,以及氮、磷这两种养分元素对土壤微生物群落的重要影响。同时,未来对于干旱河谷地区植物-土壤关系的研究应该关注真菌和菌根真菌类群的作用。     

Response of Microbial Community Composition and Function to Soil Climate Change

Soil microbial communities mediate critical ecosystem carbon and nutrient cycles. How microbial communities will respond to changes in vegetation and climate, however, are not well understood. We reciprocally transplanted soil cores from under oak canopies and adjacent open grasslands in a California oak–grassland ecosystem to determine how microbial communities respond to changes in the soil environment and the potential consequences for the cycling of carbon. Every 3 months for up to 2 years, we monitored microbial community composition using phospholipid fatty acid analysis (PLFA), microbial biomass, respiration rates, microbial enzyme activities, and the activity of microbial groups by quantifying ¹³C uptake from a universal substrate (pyruvate) into PLFA biomarkers. Soil in the open grassland experienced higher maximum temperatures and lower soil water content than soil under the oak canopies. Soil microbial communities in soil under oak canopies were more sensitive to environmental change than those in adjacent soil from the open grassland. Oak canopy soil communities changed rapidly when cores were transplanted into the open grassland soil environment, but grassland soil communities did not change when transplanted into the oak canopy environment. Similarly, microbial biomass, enzyme activities, and microbial respiration decreased when microbial communities were transplanted from the oak canopy soils to the grassland environment, but not when the grassland communities were transplanted to the oak canopy environment. These data support the hypothesis that microbial community composition and function is altered when microbes are exposed to new extremes in environmental conditions; that is, environmental conditions outside of their “life history” envelopes.     

石羊河下游退耕地土壤微生物变化及土壤酶活性

采用时空替代法,对石羊河下游不同年限(1,2,3,4,5,8,15,24、31 a)退耕地土壤微生物(细菌、真菌和放线菌)数量、生物量(碳、氮和磷)及土壤酶(过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶)活性变化及三者的相关性进行了测定和分析。结果表明,在退耕1—31 a的9个样地样方中土壤三大类微生物数量以细菌最高,放线菌次之,真菌最低。总体来看,三大土壤微生物数量的加权平均值最大值均在退耕后的前8 a。土壤微生物生物量碳在退耕初期随着退耕年限的增加而减小,退耕4 a后逐渐增大,退耕24 a期间达到了加权平均值的最大,最后趋于稳定;土壤微生物生物量氮在退耕初期随着退耕年限的增加而增加,退耕4 a加权平均值的最大值出现,随后逐渐减小的趋势,并且不同退耕年限土壤微生物生物量氮差异显著;土壤微生物生物量磷在退耕初期随着退耕年限的增加而增加,退耕8 a前后加权平均值达到最大值,随后逐渐减小,最终趋于稳定。土壤酶活性总趋势随着退耕地自然演替时间的增加呈波动式下降。不同土壤层次(0—10 cm,10—20 cm,20—30 cm及30—40 cm),土壤微生物数量、生物量及土壤酶活性随土层深度显著降低,并且表层土壤微生物生物量及土壤酶活性占有较大比例。土壤微生物及土壤酶活性的变化是一个极其缓慢的互动过程,存在着互相回馈的响应,特别是真菌与放线菌、微生物量氮及蔗糖酶,放线菌与过氧化氢酶、蔗糖酶,微生物量碳与磷酸酶,微生物量氮与脲酶,微生物量磷与蔗糖酶均存在极显著的相关性。总体来看在退耕年限4—5 a前,有利于土壤发育,退耕后期土壤肥力呈下降的趋势。     

Impact of the plant community composition on labile soil organic carbon, soil microbial activity and community structure in semi-natural grassland ecosystems of different productivity

Aims

The main objective was to describe the effects of plant litter on SOC and on soil microbial activity and structure in extensively managed grasslands in Central Germany that vary in biomass production and plant community composition.

Methods

The decomposition of shoot and root litter was studied in an incubation experiment. Labile C and N were isolated by hot water extraction (C_HWE, N_HWE), while functional groups of microbes were identified by PLFA analysis and microbial activity was measured using a set of soil exo-enzymes.

Results

The plant community composition, particulary legume species affected SOC dynamics and below-ground microbial processes, especially via roots. This was reflected in about 20% lower decomposition of root litter in low productivity grassland soil. The C_HWE soil pool was found to be a key driver of the below-ground food web, controlling soil microbial processes.

Conclusions

Below-ground responses appear to be related to the presence of legume species, which affected the microbial communities, as well as the ratio between fungal and bacterial biomass and patterns of soil enzyme activity. Low productivity fungal-dominated grasslands with slow C turnover rates may play an important role in SOC accumulation. The approach used here is of particular importance, since associated biological and biochemical processes are fundamental to ecosystem functioning.     

Extensive Management Promotes Plant and Microbial Nitrogen Retention in Temperate Grassland

Leaching losses of nitrogen (N) from soil and atmospheric N deposition have led to widespread changes in plant community and microbial community composition, but our knowledge of the factors that determine ecosystem N retention is limited. A common feature of extensively managed, species-rich grasslands is that they have fungal-dominated microbial communities, which might reduce soil N losses and increase ecosystem N retention, which is pivotal for pollution mitigation and sustainable food production. However, the mechanisms that underpin improved N retention in extensively managed, species-rich grasslands are unclear. We combined a landscape-scale field study and glasshouse experiment to test how grassland management affects plant and soil N retention. Specifically, we hypothesised that extensively managed, species-rich grasslands of high conservation value would have lower N loss and greater N retention than intensively managed, species-poor grasslands, and that this would be due to a greater immobilisation of N by a more fungal-dominated microbial community. In the field study, we found that extensively managed, species-rich grasslands had lower N leaching losses. Soil inorganic N availability decreased with increasing abundance of fungi relative to bacteria, although the best predictor of soil N leaching was the C/N ratio of aboveground plant biomass. In the associated glasshouse experiment we found that retention of added ¹⁵N was greater in extensively than in intensively managed grasslands, which was attributed to a combination of greater root uptake and microbial immobilisation of ¹⁵N in the former, and that microbial immobilisation increased with increasing biomass and abundance of fungi. These findings show that grassland management affects mechanisms of N retention in soil through changes in root and microbial uptake of N. Moreover, they support the notion that microbial communities might be the key to improved N retention through tightening linkages between plants and microbes and reducing N availability.