028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

解读| 在半干旱草地长期氮沉降速率的增加持续增加了凋落物的分解

日期: 2022-05-27
标签:

原名:Increasing rates of long-term nitrogen deposition consistently increased litter decomposition in a semi-arid grassland

译名:在半干旱草地长期氮沉降速率的增加持续增加了凋落物的分解

期刊:New Phytologist

IF:10.151

发表时间:2020

第一作者:吕晓涛

主要单位:中国科学院沈阳应用生态研究所

一、研究背景

凋落物分解是陆地生态系统物质循环的重要过程,其速率主要受到凋落物质量、土壤性质、气候条件及土壤微生物群落的影响。氮沉降的逐渐增加对凋落物分解过程的诸多调控因素具有重要影响。厘清各种生物因子和非生物因子如何调控凋落物分解过程对氮沉降的响应,将有助于理解氮沉降对凋落物分解过程和生态系统物质循环的影响机制。因此本研究以中国北方半干旱草原长期氮素添加的实验平台为依托,在物种和群落水平上研究了氮沉降对该地区植物凋落物分解的影响。结果表明,氮素添加促进了物种水平和群落水平的凋落物分解,这种促进作用是由多种因素共同驱动。其中,氮素添加诱导的土壤酸化所导致的土壤中锰元素有效性增加是促进凋落物分解的重要因素。氮素添加通过降低土壤碳氮比和提高土壤细菌和真菌比也促进了凋落物分解,而氮素添加导致的凋落物化学质量增加对凋落物分解的促进作用相对较小。本研究揭示的这种土壤驱动作用对凋落物分解过程的改变可能持续地影响生态系统的养分循环、土壤有机质动态及生态系统功能。

二、研究结果

凋落物结构性C化合物和养分含量在不同物种的凋落物中不同。具体而言,羊草和冰草相对于针茅和羽茅,凋落物中的木质素,纤维素和半纤维素含量更低(图1a-c),然而凋落物中N,P,Ca,Mg和Mn含量更高(图1d-h),但是这些差异也依赖于N肥(凋落物类型和肥料有显著的交互作用)。群落混合值表现为中等浓度,因为它们主要由这四种高丰富度的禾草物种组成(图1)。一个明显的另外是群落混合凋落物中Ca和Mg的含量高于四种禾草物种的。

解读| 在半干旱草地长期氮沉降速率的增加持续增加了凋落物的分解

图1

对于大多数凋落物类型随着氮沉降速率的增加,结构性的C化合物(木质素,纤维素和半纤维素)的含量连续减少,但是养分含量(N,P,Ca,Mg和Mn)含量增加(图1)。然而,N添加没有显著改变羽茅中木质素含量和针茅和羽茅中的Ca含量,但是随着N添加的增加仍然可以观测到较低的木质素和较高的Ca含量的一般趋势。正如上文提到的,凋落物类型和N沉降速率之间存在显著的交互作用表明在某种程度上增加的N沉降效应在不同的凋落物类型中不同(图1),但是纵观N沉降的6个水平凋落物的质量变化格局在不同的凋落物类型中是显著稳定的。一些关键的土壤属性变量也随着N添加速率的增加而变化。土壤pH和CN比随着N添加速率降低,然而土壤N,有效Mn,和P随着N添加速率而增加(图2a-e)。基于真菌的PLFAs的真菌丰度随着N添加速率降低,细菌丰度随着N添加速率增加(图2f,g)。由于微生物群对N添加的特定性响应,细菌真菌的比随着N添加速率增加(图2h)。

解读| 在半干旱草地长期氮沉降速率的增加持续增加了凋落物的分解

图2

对于所有类型的凋落物,随着N添加速率的增加凋落物质量丢失增加。此外,对于所有5种类型的凋落物(有可识别的斜率),衰减常数k也随着N添加速率的增加而持续增加(图3)。特定的群落凋落物混合物在N沉降速率最高时的k值为0.36 yr-1,不添加N时的k值为0.27 yr-1。类似地,四种禾草的平均分解速率,在氮沉降速率最高时k的值为0.34 yr-1,不添加N肥时的k值为0.26 yr-1。不考虑N沉降水平时,所有凋落物类型中羊草的k值最大(0.34 yr-1),针茅的k值最低(0.26 yr-1)(图3)。

解读| 在半干旱草地长期氮沉降速率的增加持续增加了凋落物的分解

图3

衰减常数k与三种结构性的C的含量负相关,与养分正相关。除了羽茅,它的k值不与木质素相关也不与Ca的含量相关,针茅的k值也不与Ca的含量显著相关。N沉降对k值有正的效应,对微生物生物量(细菌和真菌PLFA),土壤pH和土壤CN比有负的效应,这些变量与k负相关(除了羊草和羽茅的k值,与细菌PLFA没有显著的关联),然而细菌和真菌的比与土壤N和Mn的含量都与k值正相关。

SEM分析的结果表明,N沉降通过间接效应驱动分解的加速。在这些间接路径中,低pH引起了的土壤有效Mn的含量增加是解释k值变异的主要因子(图4)。有趣的是,凋落物中Mn的含量越高,k值越大。其它的路径是相对次要的,较高的土壤细菌真菌比值,有效P含量以及凋落物N含量对k值有类似的正效应,并且较高的土壤CN比和较高的凋落物木质素含量对k值有类似的负效应(图4)。土壤细菌和真菌的比值似乎共同受土壤pH转变的影响。N添加对凋落物的分解仍然有直接的正效应,尽管相对于其它间接效应能够解释的变异较小。

解读| 在半干旱草地长期氮沉降速率的增加持续增加了凋落物的分解

图4

三、结论

半干旱草地超过8年的连续氮添加,4个不同禾草物种的凋落物和特定的处理的群落混合物分解随着N添加速率的增加而快速增加。本研究确定了土壤有效锰是决定快速分解的重要因子,尽管较高的凋落物N和较低的凋落物木质素含量在N添加下在一定的程度上也解释了较高的分解速率。N添加下较低的土壤pH使锰沿着其它的养分,例如P和Ca和Mg,在本研究中没有测量,在土壤中更有效。N沉降通过降低土壤pH增加土壤有效锰进而间接影响分解。N添加第二个重要的影响是通过降低土壤CN比,改变微生物群落,转变成细菌通道能够通过更快速的分解增加C和养分循环。本研究提供了强有力的证据,N添加驱动的土壤pH的间接影响而不是对凋落物质量改变的直接影响在凋落物分解中起重要作用。土壤驱动的凋落物分解对于养分循环,土壤有机质动态和生态系统功能可能有持续很久的影响,即使N沉降随着时间的推移减少。


  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2025 - 04 - 30
    土壤回旋共振质谱是一种高分辨率、高灵敏度的质谱分析技术,基于带电粒子在磁场中以回旋运动的频率与外加射频共振时的检测原理。这类质谱仪一般用于检测复杂混合物中的微量有机或无机化合物,能够提供高精度的分子质量和结构信息。在生态土壤研究中,可以在以下几个方面拓宽我们的视野: 1、高灵敏检测土壤中痕量有机物  • 检测土壤有机质组分如氨基糖、木质素衍生物、脂类等; • 能区分同分异构体,有助于理解有机碳转化路径; • 可研究腐殖质演化和稳定机制。 2. 剖析微生物代谢产物与土壤代谢指纹  • 识别微生物代谢过程中生成的标志性代谢物; • 结合同位素示踪,能用于土壤微生物C/N代谢流的定量追踪; • 有助于研究微生物驱动的碳氮循环机制。 3. 辅助土壤碳库稳定性研究  • 通过精细分子分辨率识别稳定/易变组分; • 判断某些特定有机物的生物可利用性与持久性; • 有助于理解土地利用/管理对碳库稳定的影响。 4. 环境污染物检测  • 检测痕量有机污染物(如农药、PAHs、抗生素残留等); • 在污染溯源与降解路径解析中发挥重要作用; • 与多种污染物的形态分析结合,进行风险评估。 5、在生态研究中的典型应用案例: • 热带森林与农田转换对有机碳分子结构的影响研究; • 利用15N标记+CRMS解析土壤有机氮转化路径; • 通过检测抗生素类残留探讨畜禽粪肥对土壤微生物生态的扰动; • 研究火烧/干旱胁迫下微生物代谢产物的变化与碳流稳定性。上述提到的项目栢晖生物均可测定,更多相关信息欢迎联系文末工作人员详细沟通。-THE END-栢晖生物成立于...
  • 点击次数: 0
    2025 - 04 - 29
    01按照土壤碳的形态分类(1)有机碳 • 总有机碳:土壤中所有来源的有机碳总量。 • 可溶性有机碳:可溶于水的有机碳,影响土壤碳循环的活性部分。 • 颗粒态有机碳:粒径通常在53 μm–2 mm之间的有机碳,较易分解。 • 矿物结合有机碳:与矿物颗粒结合的有机碳,较为稳定。 • 轻组有机碳:通过浮选法分离出的轻组有机碳,主要由未完全分解的有机质组成。 • 重组有机碳:通过浮选法分离出的重组有机碳,主要由金属氧化物结合的有机质组成。 • 微生物生物量碳:土壤微生物体内的碳,是活性有机碳的一部分。 • 易氧化碳:能被高锰酸钾氧化的有机碳,表征活性有机碳库。(2)无机碳 • 总无机碳:土壤中的所有无机碳总量。 • 碳酸盐碳:主要以方解石(CaCO₃)、白云石(CaMg(CO₃)₂)等矿物形式存在。 • 碳酸氢盐碳:土壤溶液中的可溶性无机碳,易随水流失。02按碳库的稳定性分类 • 活性有机碳库:周转快,易受环境变化影响,包括DOC、MBC、POC等。 • 慢性有机碳库:周转较慢,部分矿物结合的有机碳属于此类。 • 惰性有机碳库:高度稳定,如腐殖质碳、黑碳。03按土壤深度分布分类 • 表层土壤碳( 0–30 cm):主要受植被、微生物和人为活动影响。 • 深层土壤碳(30 cm):稳定性较高,受矿物结合和碳迁移过程影响。04按来源分类 • 植被来源碳:枯落物、根系分泌物、植物残体分解产生的碳。 • 微生物来源碳:微生物代谢及死亡后残留的碳。 • 外源输入碳:施肥、污染物沉降等外部输入的碳。这些指标可以用于研究土壤碳循环、碳固存、农业土壤管理等问题。在实际研究中,通常结合稳定同位素分析、核磁共振(N...
  • 点击次数: 0
    2025 - 04 - 09
    铁氧化物结合态有机碳在土壤碳汇和碳稳定方面有重要意义,尤其在全球气候变化和土壤碳库管理背景下,越来越受关注。但仍然存在不少研究空白。今天我们通过ChatGPT和DeepSeek两大AI平台分析一下在该领域尚未被充分研究的热点问题和潜在研究方向~一、ChatGPT分析结果01铁氧化物结合态有机碳的稳定性机制与动态过程研究方向: • 原位监测 Fe-OC 在周期性湿润/干燥条件下的稳定性。 • 利用同位素示踪和光谱技术揭示铁矿物转化(非晶态铁 → 晶态铁)对有机碳稳定的影响。研究意义:• 理解铁氧化物在不同氧化还原条件下如何稳定或释放碳,有助于预测湿地、稻田等环境下土壤碳库的动态变化,进而对碳循环建模和气候变化预测有指导意义。02铁-有机复合物中有机碳的分子特征与来源研究方向: • 利用高分辨率质谱(FTICR-MS)、X射线吸收精细结构光谱(XAFS) 等先进技术分析 Fe-OC 复合物中的有机分子组成。 • 比较不同土壤类型或植被类型下 Fe-OC 结合的有机碳来源差异。研究意义:• 搞清楚什么样的有机碳更容易与铁矿物结合,有助于优化土壤管理策略,促进碳固定,提高土壤碳汇功能。03微生物在铁氧化物-有机碳互作中的作用机制研究方向: • 研究不同功能群微生物(铁还原菌、铁氧化菌)在 Fe-OC 动态中的角色。 • 解析微生物胞外多糖(EPS)、胞外电子传递对 Fe-OC 形成和解离的影响。研究意义:• 微生物过程是土壤碳稳定的关键环节,揭示微生物与 Fe-OC 的交互机制,有助于发展基于微生物调控的土壤碳汇增强技术。04土地利用变化和管理措施对 Fe-OC 储量与稳定性的影响研究方向: • 比较不同土地利用类...
  • 点击次数: 0
    2025 - 03 - 14
    栢晖,第三方专业科研检测机构2025年3月8日下午13点,栢晖生物举行了一年一度的“安全日”活动。本次活动分为“安全知识培训”和“消防实操演练”两个环节,旨在进一步提升全员安全意识和应急处置能力。活动伊始,总经理杨锦兀发表讲话,介绍了举办“安全日”活动的初心与意义,并强调实验室安全对企业和员工的重要性。他指出,只有将安全理念内化于心、外化于行,才能保障科研工作的有序开展。在随后的安全知识培训中,实验室张副经理围绕灭火器使用、试剂管理、气瓶安全和现场应急处理等内容进行了系统讲解。张副经理结合真实案例,深入浅出地讲解了灭火器的正确操作步骤、火灾应对要点,以及实验室试剂的分类、存储和废弃处理规范等。通过图示和现场互动,全体员工对安全操作有了更清晰、更全面的认识。消防演练环节中,张副经理现场示范灭火器的正确使用方法,并组织员工逐一进行实操训练。通过动手演练,大家切实掌握了应急灭火技能,提升了面对突发状况的应对能力。安全,是科研顺利推进的前提,也是企业可持续发展的保障。栢晖生物始终坚持“安全第一、预防为主”的原则,持续夯实安全管理基础,营造更加安全、高效的实验环境。
文体活动 MORE+
案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
微信公众号
检测咨询热线
 
地址:四川省成都市成华区成宏路72号-四川检验检测创新科技园2号楼4层
          湖南省长沙市芙蓉区雄天路98号广发隆平创业园2栋6002
官方热线:028 8525 3068
投诉电话:18181920125
传真:+86 0755-2788 8009
Copyright ©2005 - 2013 成都栢晖生物科技有限公司
犀牛云提供企业云服务