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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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    文献解读原名:Grazing exclusion increases soil organic C through microbial necromass of root-derived C as traced by 13C labelling photosynthate译名:通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳期刊:Biology and Fertility of SoilsIF:6.5/Q1发表日期:5 March 2024第一作者:瞿晴01摘要背景:草原储存了大量的碳,然而,禁牧后土壤碳固存的潜在机制尚不清楚。本研究旨在阐明温带草原在长期禁牧后(~40年) ,植物和微生物残体对土壤有机碳(SOC)贡献的驱动因素。方法:现场进行了13C-CO2原位标记实验,并结合生物标记物追踪植物-土壤系统中的13C,以评估植物对土壤的碳输入。结果:长期禁牧提高了植物和土壤碳库包括地上生物量、地下生物量、微生物生物量和残体;且禁牧草地新输入光合碳在植物和土壤系统中的分配量高于放牧草地,但在土壤CO2中的分配量低于放牧草地。新输入的光合碳在土壤和微生物量中的分配量与根系中光合碳的分配量呈正相关关系。与放牧相比,禁牧提高了草地土壤有机碳含量约2倍,但木质素酚对土壤有机碳的贡献甚微(0.8%),而真菌残体碳的积累是导致土壤有机碳含量增加的主要因素。结论:受矿物颗粒保护的微生物残体碳是导致禁牧草地土壤有机碳含量高于放牧草地的主要因素。总之,禁牧不仅增加了地上生物量,也增加根系生物量和根际沉积,导致微生物生物量和残体的形成,在矿物基质的保护作用在土壤中长期稳定存在。禁牧条件下,微生物残体特别是真菌残体对SOC的积累贡献大于木质素酚。02主要结果图1 放牧和禁牧样地地植物-土壤-微生物系统的碳储量。(a)地上部分碳库;(b)根碳库;(c)土壤有机碳库(0−25c...
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    2024 - 05 - 17
    文献解读原名:The soil microbiome governs the response of microbial respiration to warming across the globe译名:土壤微生物群落主导了微生物呼吸对全球变暖的响应期刊:Nature Climate Change IF:30.7发布时间:2023.12第一作者:Tadeo Sáez-Sandino01摘要土壤微生物呼吸对变暖的敏感性(Q10)仍然是预测土壤向大气碳排放的一个主要不确定来源,因为驱动各生态系统Q10模式的因素是相互独立评估的。本研究采用了来自各大洲和主要生物群落的332个地点的土壤,同时评估了全球Q10模式的主要驱动因素。与生化难分解性、矿物质保护、底物数量和环境因素相比,土壤微生物群落(即微生物生物量和细菌分类群)解释了Q10值变化中的最大部分。提供了确凿的证据表明土壤微生物群落在很大程度上主导了土壤异养呼吸对变暖的响应,因此在评估陆地碳—气候反馈时需要明确考虑这一因素。02研究背景土壤碳(C)通过土壤异养群落的呼吸释放到大气中是导致大气CO2增加的基本途径。土壤呼吸每年释放的二氧化碳大约是人为排放的五倍,这在很大程度上决定了陆地生态系统是碳源还是碳汇。土壤异养呼吸的温度敏感性(即土壤微生物呼吸随着温度上升10°C而增加的因素;Q10)是预测陆地C-气候反馈水平的主要不确定性来源。生态系统和生物地球化学模型假设Q10为常数,尽管人们普遍认为Q10随温度等环境条件而变化。然而,决定Q10在大空间尺度上变异性的非生物和生物因素的相对贡献在很大程度上仍然未知。解释Q10模式的主要驱动因素通常考虑土壤微生物群、基质数量、矿物保护、生化抗性和环境因素的影响。首先,土壤微生物组(即微生物生物量、丰富度和群落组成)是有机物分解的最终参与者,并随着气候变暖调...
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    2024年5月7日,首届“土壤序列养分循环及其对生态恢复的启示”国际会议在四川省成都市顺利召开。会议由中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所及国内外多个研究机构和部门联合发起,成都栢晖生物科技有限公司作为独家赞助单位参与此次会议。会议主题包括但不限于:土壤序列上风化和成土过程Weathering and pedogenic processes along chronosequences土壤序列上成土和原生演替过程中养分活化的生物地球化学过程Biogeochemical processes of nutrient mobilization during pedogenesis and primary succession along chronosequences土壤序列上植物养分获取和利用机制Mechanisms of plant acquisition and utilization of nutrients along chronosequences原生演替过程中植物-微生物互作对养分循环的影响Plant-microorganism interaction in nutrient cycling during primary succession土壤序列上养分循环理论对恶劣环境下地灾体生态恢复的启示Inspiration of knowledge on nutrient cycling along chronosequences for ecological restoration on harsh debris environment in geological hazard areas关于栢晖栢晖生物成立于2014 年,公司致力于为生态、农业、林业等科学研究领域提供专业的检验检测服务。公司拥有成熟、完善的实验室管理体系以及强大的实验技术团队。聘请来自中国科学院、...
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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:
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