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沈陽生態(tài)所在森林土壤微生物碳氮利用效率溫度敏感性研究方面取得進展
在全球變暖背景下，土壤微生物通過調(diào)控碳(C)和氮(N)的轉(zhuǎn)化過程，對陸地生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學反饋發(fā)揮著關鍵作用。微生物碳利用效率(carbon use efficiency, CUE)和氮利用效率(nitrogen use efficiency, NUE)是連接微生物代謝過程與土壤碳氮循環(huán)的核心指標，其對溫度變化的敏感性(Q10)直接影響土壤碳儲存和氮循環(huán)。然而，CUE和NUE的溫度敏感性在不同溫度范圍內(nèi)的變化特征及其熱響應是否具有協(xié)同性，目前尚不清楚。
針對這一科學問題，中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所穩(wěn)定性同位素創(chuàng)新組群以中國東部南北跨越約 4000 km的森林緯度樣帶為研究對象(圖1)，采集有機層土壤樣品，通過設置不同培養(yǎng)溫度(12℃、20℃和28℃)，并結合18O-H2O和15N穩(wěn)定同位素示蹤技術，在大陸尺度上分析了森林土壤微生物CUE、NUE及其溫度敏感性(Q10)，并探索二者的關系及其關鍵驅(qū)動因素。
結果表明：(1)森林土壤微生物碳、氮利用效率的溫度敏感性呈現(xiàn)顯著的相關關系(圖2);(2)微生物CUE和NUE的溫度敏感性在不同溫度區(qū)間(12-20℃與20-28℃)存在差異，在較低溫度條件下溫度敏感性更強(圖2);(3)隨著溫度升高，CUE和NUE溫度敏感性的主要驅(qū)動因子由微生物群落等生物因素逐步轉(zhuǎn)為氣候和土壤理化特征等非生物因素(圖3)。
該研究在大陸尺度上證實了森林土壤微生物碳、氮利用效率溫度敏感性的內(nèi)在關聯(lián)，并揭示了其驅(qū)動機制隨溫度發(fā)生轉(zhuǎn)變的規(guī)律性，為理解微生物生理過程如何介導生態(tài)系統(tǒng)氣候變化響應提供了重要見解。
研究成果近期以“Coupled temperature sensitivity of microbial carbon and nitrogen use efficiencies in forest soils on a continental scale”為題，發(fā)表在Global Change Biology。中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所博士生張仰和副研究員曲聆瑞為共同第一作者，王超研究員為通訊作者，沈陽應用生態(tài)研究所王健助理研究員、劉玥特別研究助理、高美霞助理研究員、王旭副研究員、博士生曲芳瑩以及東北師范大學白娥教授為共同作者。該研究得到基金委青B、中國科學院國際合作項目、中國科學院青促會優(yōu)秀會員項目等項目的資助。
圖1.中國東部森林土壤采樣點的空間分布
圖2.森林土壤微生物CUE和NUE的溫度敏感性(Q10)
圖3.微生物CUE和NUE溫度敏感性的關鍵影響因素
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