沈陽生態所在氮沉降對土壤微生物群落和養分利用效率研究中取得進展

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　　活性氮通過大氣沉降的方式進入森林生態系統，可有效緩解地上植被的氮限制，促進植物生長，增加植物生物量。然而，過多的氮素則可能引起土壤pH下降，導致土壤養分失衡，破壞生態系統的穩定性。目前，對氮沉降如何影響地上植物的生長、多樣性及群落結構等內容有較多認知，但土壤微生物的多樣性和養分利用效率如何響應氮增加尚不十分清楚。

　　中國科學院沈陽應用生態研究所生物地球化學組依托在長白山闊葉紅松林建立的氮沉降模擬平臺，利用氧同位素標記技術分析了施氮對土壤微生物碳利用效率（CUE）和氮利用效率（NUE）的影響，發現土壤微生物CUE和NUE對氮添加的響應受氮添加量和土壤深度的影響，并沒有明顯的變化規律（圖1）；微生物CUE與NUE兩者呈現非線性相關，拐點出現在CUE=0.4處（圖2）；回歸分析顯示，微生物群落結構的變化和磷元素化學計量比是影響微生物養分利用效率的主要因子。研究表明氮沉降引起的土壤磷素匱乏或改變微生物的功能以便維持群落的穩定。

　　施氮引起土壤磷素化學計量比失衡是如何改變微生物群落結構及潛在的機制尚不清楚。研究團隊利用長白山闊葉紅松林建立的模擬氮磷增加平臺，利用高通量測序技術對施氮、施磷和氮磷混施樣地的土壤微生物群落和功能進行分析，結果發現：氮添加降低了有機層土壤微生物多樣性，而磷添加則有效減輕了這種影響；氮添加影響細菌真菌的代謝功能潛力，降低有機層土壤的碳固持，而磷添加可以緩解或改變氮添加對有機層土壤微生物功能潛力的影響（圖3）。研究闡明了氮素和磷素調節溫帶森林土壤微生物群落結構和功能的機理。

　　相關研究成果以Stoichiometric imbalance and microbial community regulate microbial elements use efficiencies under nitrogen addition和Phosphorus reduces negative effects of nitrogen addition on soil microbial communities and functions為題，分別發表在Soil Biology & Biochemistry和Microorganisms上，副研究員王超為兩篇論文的通訊作者，碩士生李靜和助理研究員夏宗偉為兩篇論文的第一作者。研究工作得到國家自然科學基金重點項目、中科院從0到1原始創新項目、中科院青年創新促進會的資助。

圖1.氮沉降影響微生物生長、礦化和養分利用效率

圖2.不同氮添加處理下微生物碳利用效率和氮利用效率關系

圖3.氮磷添加對土壤細菌群落功能的影響