東北地理所在大氣CO2濃度升高影響黑土氮循環(huán)微生物機(jī)制方面取得進(jìn)展
二氧化碳（CO2）作為引起氣候變化的主要因素之一，其濃度增加已深刻影響了陸地生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)。土壤氮循環(huán)是由微生物驅(qū)動的生物地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分，與土壤生產(chǎn)力的維持、環(huán)境保護(hù)以及土壤生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。大氣CO2濃度升高會通過改變植物-土壤-硝化和反硝化微生物的相互作用來影響土壤硝化和反硝化過程。因此，評估硝化和反硝化微生物對CO2（eCO2）濃度升高的響應(yīng)對于制定特定的氮控制管理計(jì)劃、維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性、管理溫室氣體排放具有重要意義。
東北黑土區(qū)擁有豐富的大豆種質(zhì)資源，大豆對大氣CO2濃度升高的響應(yīng)比其他非豆科C3作物和C4作物更敏感。然而，有關(guān)大豆根際硝化細(xì)菌AOB/nirS-型反硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能對大氣CO2濃度升高的響應(yīng)卻鮮有報(bào)道。基于此，東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員利用開頂式氣候箱（Open Top Chamber,OTC）模擬大氣CO2濃度升高條件，選擇東北黑土區(qū)不同種植年代的大豆品種根際土壤作為研究對象，分析大豆鼓粒初期土壤根際AOB和nirS-型反硝化細(xì)菌功能基因的豐度和群落結(jié)構(gòu)，測定硝化潛勢和反硝化潛勢，旨在拓展對大氣CO2濃度升高條件下土壤氮循環(huán)關(guān)鍵過程的認(rèn)知，為制定適應(yīng)未來氣候變化的豆科作物農(nóng)田氮肥管理策略提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。
研究結(jié)果顯示，不同大豆品種根際土壤的硝化潛勢和反硝化潛勢對CO2升高的響應(yīng)存在差異（圖1）。高CO2沒有顯著影響amoA和nirS群落結(jié)構(gòu)（圖2），但是部分微生物類群的相對豐度呈現(xiàn)下降趨勢，這可能有助于減緩黑土區(qū)的NO2排放。然而，這些微生物在不同大豆品種根際表現(xiàn)出相反的變化趨勢，可能加速NO2排放。因此，不同品種根際微生物的硝化和反硝化潛勢在高CO2升高條件下的變化可能會影響大豆根際氮循環(huán)過程和溫室氣體NO2的排放，應(yīng)在大豆品種選用中予以考慮。
該研究成果近期發(fā)表在國際期刊Applied Soil Ecology上，碩士研究生高志穎為論文的第一作者，于鎮(zhèn)華副研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金（42177435和32172123）和黑龍江省重點(diǎn)基金（ZD2021D001）共同資助。
圖1 . 不同大豆品種在大氣CO2濃度升高和不升高條件下根際土壤硝化和反硝化潛勢變化（XHJ、MF5、SN14和DS1分別代表大豆品種小黃金、牡豐5、綏農(nóng)14和東生1號）
圖2. 大氣CO2濃度升高對AOB（A）和nirS-型反硝化細(xì)菌（B）群落結(jié)構(gòu)的影響
論文信息：
Zhiying Gao,Lili Guo,Yansheng Li,Jian Jin,Ying Xu,Xiaobing Liu,Zhenhua Yu*.Impacts of short-term increased CO2 levels on the composition of amoA-type nitrifying and nirS-type denitrifying bacterial communities in soybean rhizosphere in Mollisols. Applied Soil Ecology. 2024, 199: 195408.
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139324001392
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