近日，草業與草原學院董世魁團隊在草地生物固氮研究方面取得新進展，相關成果以“Low N Deposition Coupled With Climate Warming Promote Soil Asymbiotic N Fixation via Increasing Microbial Specialists in Alpine Grassland”為題發表于《Global Change Biology》。
生物固氮是將新氮輸入自然生態系統的重要過程，已有研究表明高氮沉降會抑制這一過程。然而，作為陸地生態系統的特征現象，長期低水平氮沉降背景下生物固氮的凈生態效應及其潛在機制仍存在高度不確定性。考慮到氣候變暖是與氮沉降同步發生的關鍵環境變化因子，探究氣候變暖能否改變生物固氮活性、調節氮沉降對生物固氮的影響具有重要意義。為填補這些認知空白，董世魁團隊在高寒草地生態系統開展了一項長達十年的控制實驗，設置實驗增溫、低水平氮沉降、高水平氮沉降、氣候變暖與低水平氮沉降耦合處理及對照共5個處理組，采用15N2同位素標記法測定生物固氮速率。研究發現：低水平氮沉降顯著促進生物固氮速率達112%，與高水平氮沉降完全抑制該過程形成鮮明對比；單獨增溫使固氮速率提升123%，而增溫與低氮耦合處理更將這一效應放大至234%。結構方程模型揭示，增溫與低氮耦合處理選擇性促進了脫硫弧菌屬等特定固氮菌群，這些微生物的富集直接驅動了觀測到的固氮變化。在這個氮限制的高寒草甸中，長期低水平氮沉降特別是與增溫協同作用時，通過驅動生態位收縮過程根本性地改變了固氮菌群落結構。這種篩選機制在功能上富集了特化固氮菌群，形成顯著的正反饋效應，極大促進了整體生物固氮輸入。本研究結果揭示了在未來現實氣候情景下氮輸入增加的潛力，為青藏高原乃至全球高寒草地的氮素精準管理提供了科學依據。
圖1 圖形摘要
草業與草原學院博士研究生張珂為第一作者，董世魁教授、李耀明副教授為共同通訊作者。研究工作得到了國家重點研發計劃(2023YFF1304303, 2021YFE0112400)及國家自然科學基金(32361143870, W2412148, 41871067)的資助。
