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研究揭示干旱对植物群落的调控机制

日期: 2018-11-17
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研究揭示干旱对植物群落的调控机制

研究揭示干旱对植物群落的调控机制

近日,中科院沈阳生态所生态计量化学团队以植物群落养分计量为核心,基于草地样带调查和控制实验的多源数据开展定量评估,阐释了植物对长期和短期水分胁迫的响应机制。相关成果发表于《生态学》(Ecology)。

在全球气候变化背景下,内蒙古草原干旱强度和频度呈多发趋势。水分是该生态系统植物生存和繁衍的主要驱动因子,干旱事件将对草原生态系统结构和功能产生深远影响。

氮和磷是影响陆地生态系统植物生存、生长和繁殖的主要因子。因此,该团队以群落养分计量为全新理念和视角,探究水分胁迫对生态系统结构和功能影响的内在机制和过程,厘清种内和种间的竞争作用关系对群落结构和动态的影响,旨在为理解草地退化机制、加快退化草地恢复提供参考。

研究结果显示,长期水分胁迫下,植物通过内稳态机制提高养分浓度,增强群落的抵抗能力,物种周转是该过程的主要影响因素,但在短期干旱条件下,群落养分对水分胁迫的响应更复杂。整体而言,群落氮浓度上升、磷浓度下降时,种内竞争和物种周转共同影响该生态过程。此外,不同区域群落养分响应程度具有明显差异。极度干旱地区,植物群落养分抵御水分胁迫的能力最强,响应最迟缓。

该团队表示,未来研究应建立大型联网干旱实验平台,紧密结合控制实验和自然梯度实验,提高实验结果的准确性和有效性,为建立草地生态系统自然评估体系提供重要理论依据。(来源:中国科学报唐凤)

 

Differential responses of canopy nutrients to experimental drought along a natural aridity gradient

 

Abstract  The allocation and stoichiometry of plant nutrients in leaves reflect fundamental ecosystem processes, biotic interactions, and environmental drivers such as water availability. Climate change will lead to increases in drought severity and frequency, but how canopy nutrients will respond to drought, and how these responses may vary with community composition along aridity gradients is poorly understood. We experimentally addressed this issue by reducing precipitation amounts by 66% during two consecutive growing seasons at three sites located along a natural aridity gradient. This allowed us to assess drought effects on canopy nitrogen (N) and phosphorus (P) concentrations in arid and semiarid grasslands of northern China. Along the aridity gradient, canopy nutrient concentrations were positively related to aridity, with this pattern was driven primarily by species turnover (i.e., an increase in the relative biomass of N and Prich species with increasing aridity). In contrast, drought imposed experimentally increased N but decreased P concentrations in plant canopies. These changes were driven by the combined effects of species turnover and intraspecific variation in leaf nutrient concentrations. In addition, the sensitivity of canopy N and P concentrations to drought varied across the three sites. Canopy nutrient concentrations were less affected by drought at drier than wetter sites, because of the opposing effects of species turnover and intraspecific variation, as well as greater drought tolerance for nutrientrich species. These contrasting effects of longterm aridity vs. shortterm drought on canopy nutrient concentrations, as well as differing sensitivities among sites in the same grassland biome, highlight the challenge of predicting ecosystem responses to future climate change.


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    2026 - 09 - 07
    原名:Overlooked dark dissolved organic matter reveals the migration and transformation of carbon exports in surface and subsurface flows from cropland during rainfall译名:被忽略的暗溶解性有机质揭示了降雨期间农田地表径流和地下径流中碳输出的迁移与转化期刊:Water ResearchIF:12.8发表日期:2026.5(网络首发2024.5)第一作者:陈果 西北农林科技大学水土保持科学与工程学院(王浩课题组)。背景:溶解性有机物(DOM)对环境的影响取决于其向水体系统的输出能力及迁移路径。傅里叶变换离子回旋共振质谱技术已被广泛应用于DOM分子组成、来源及其在水文流动路径中迁移与转化的非靶向分析。然而,以往研究主要聚焦于已确定的化学式(通常为C、H、O、N、S和P原子的组合),而关于未确定化学式的(操作上定义为“化学暗物质”)研究则极为有限,尽管这些成分在DOM分子中占比不容忽视,并参与生物地球化学循环。科学问题:(1)评估农田地表径流(SF)和地下径流(SSF)中DOM的含量、光学性质及分子特征,明确已分配DOM(ADOM)与化学暗物质DOM(DDOM)在不同水文流路中的迁移与转化规律;(2)量化ADOM和DDOM的化学多样性、分子量分布及核心分子库特征,以及不同流路中细菌、真菌和原生生物等多营养级微生物群落的组成与多样性;(3)分析调控ADOM和DDOM组合装配过程(确定性选择与随机过程)及其与多营养级微生物群落耦合关系的主要驱动因子,以约束水文流路对农田碳输出迁移转化及其生态效应的影响机制。材料与方法:(1)研究地点位于中国陕西省杨凌示范区渭河盆地(年均温12.9 ℃,年降水量约700 mm),土壤类型为粉砂质...
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    2026 - 08 - 17
    文献信息:原名:Coupled mineral and microbial carbon pumps govern soil organic carbon accumulation in croplands.译名:微生物-矿物双碳泵耦合调控大尺度农田土壤有机碳积累。期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:12.2发表日期:2026年6月29日第一作者:戴闪闪 中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土保护与利用重点实验室(李禄军课题组)。 背景:土壤有机碳(SOC)在广阔地理区域内表现出显著的空间变异性,这主要源于气候、土壤特性及土地管理方式之间的相互作用。在农田中,SOC的积累还受到作物种植体系和残茬管理的影响,但多种碳库与碳源中SOC形成的整体规律及其机制驱动因素仍不明确。东北黑土是我国核心粮食产区,长期耕作、秸秆移除导致SOC持续下降;南北跨度690 km黑土样带存在显著温度梯度、多样种植体系(连作大豆、玉豆轮作、连作玉米),是解析大尺度农田固碳机制的天然试验平台。科学问题:(1)揭示区域温度梯度下不同种植制度农田中木质素植物碳、微生物残体碳、POC、MAOC的空间分布特征,解析年均温升高对各碳库储量的影响规律;(2)区分微生物残体与MAOC两类核心SOC组分的主控驱动因子,量化微生物特性、有机质化学难降解性、矿物保护三者对碳组分积累的贡献占比;(3)阐明MAOC完整形成路径,厘清微生物碳泵与矿物碳泵耦合调控农田SOC 长期固存的内在机制,明确二者的主导作用;(4)筛选可同步促进微生物残体生成、增强矿物固碳能力的农艺措施,为升温背景下农田SOC高效封存提供理论支撑。 材料与方法:(1)研究区域为中国东北南北跨度690km的黑土样带,北纬42°55′ ~ 49°8′,西经124°10′ ~ 12...
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    2026 - 07 - 30
    文献信息:原名:Green manure intercropping increases soil microbial necromass and lignin contents under reduced nitrogen fertilization in maize production.译名:在玉米生产中减施氮肥条件下,绿肥间作增加土壤微生物残体和木质素含量。期刊:Soil & Tillage ResearchIF:8.4发表日期:2026.5第一作者:许晓慧 甘肃农业大学农学院旱地作物科学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院(柴强课题组)。背景:氮肥是保障玉米高产的重要投入,但作物对氮的吸收是一个持续过程,而农业施肥通常集中在少数时间节点。施入土壤的氮不能被作物及时吸收时,就可能通过硝态氮淋失、氨挥发和反硝化等途径损失,既降低氮肥利用效率,也带来水体和大气环境问题。降低氮肥用量是农业绿色发展的重要方向,但直接减氮可能产生两个问题:一是玉米产量和根系生物量下降,使进入土壤的植物源碳减少;二是土壤氮供应不足会增强微生物氮限制,微生物为了获得氮,可能转而分解土壤中含氮较多的微生物残体,使原本相对稳定的土壤有机碳重新矿化。玉米间作速生豆科/非豆科绿肥可利用豆科固氮、绿肥吸收土壤无机氮并以有机质归还土壤,优化土壤氮循环、提升土壤有机质与微生物活性。微生物残体碳(MNC)是稳定土壤有机碳的核心组分,木质素为植物源稳定有机质;土壤氮有效性直接调控微生物残体生成与分解。但绿肥间作协同减氮条件下,土壤微生物残体碳、木质素累积与氮素供需平衡的耦合机制尚不清晰。科学问题:(1)减氮25%是否会造成玉米减产和土壤碳、氮储量下降?(2)减氮造成的土壤有机碳损失来自哪里?(3)绿肥间作能否缓冲减氮的不利影响?材料与方法:(1)长期定位试验于2017年开始,位于甘肃农业大学绿洲农业试验站(...
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    2026 - 07 - 21
    文献信息原名:Organic and inorganic carbon losses in straw amended saline and sodic soils.译名:秸秆改良盐碱土和钠盐土中的有机与无机碳损失。期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:12.2发表日期:2026年5月16日第一作者:陈猛猛 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室。背景土壤是陆地生态系统最大的碳库,其碳储量是大气和植被的2-3倍,但现有研究长期聚焦土壤有机碳(SOC)动态,严重忽视了土壤无机碳(SIC)的关键作用——全球表层2米土壤中SIC储量达230.5Pg C,主要分布在干旱、半干旱及滨海地区的盐碱土中。全球盐碱土面积约13.8亿公顷,占陆地总面积的10.7%,土壤盐渍化不仅通过抑制微生物活性和破坏团聚体结构威胁SOC库稳定性(预计到2100年可能导致6.8Pg SOC损失),还通过碳酸盐沉淀过程影响SIC积累,然而盐胁迫与碱胁迫下SOC与SIC动态的耦合机制仍不明确,限制了对土壤净碳平衡的准确预测。秸秆还田已被证实能使华北盐碱土SOC库增加19%,但秸秆添加会同时产生双重效应:既通过微生物分解释放秸秆源CO₂并激发原生SOC矿化,又通过产生的CO₂和有机酸加速碳酸盐溶解,有研究表明中国农田每年约有150Tg SIC以CO₂形式流失,且约27%的土壤CO₂排放源自SIC,但微生物如何介导秸秆诱导的SOC矿化与SIC溶解之间的权衡关系仍不清楚。此外,盐渍土与碱化土存在截然不同的团聚体稳定性特征(盐渍土胶体絮凝、碱化土胶体分散),土壤团聚体通过物理保护碳和调控微生物生境影响碳循环,但碱化胁迫导致的结构破坏如何改变碳加工“热点”的空间分布,进而在团聚体尺度上加速SIC溶解的机制尚未被量化,这成为准确评估盐碱土秸秆还田固碳...
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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
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