植物碳源输入调控南亚热带森林土壤氮素迁移转化过程的微生物学机制
批准号:
32101395
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陈伟彬
依托单位:
学科分类:
土壤生态学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈伟彬
中文摘要
全球变化正深刻影响着森林植被光合能力,进而改变植物向土壤输送有机碳的过程。植物作为森林土壤有机碳的主要来源,可通过地上凋落物分解与地下根系活动的方式影响土壤氮素迁移转化。然而,目前尚不清楚植物碳源输入改变如何影响森林土壤氮素转化过程及其微生物机制。本项目以南亚热带季风常绿阔叶林为研究对象,基于野外控制试验采用添加/去除凋落物以及断根的方法来改变植物地上、地下部分碳输入,利用15N和18O同位素示踪技术和分子生物学技术手段,量化氮素初级转化速率和区分硝化与反硝化途径对N2O排放的贡献,旨在解析不同碳源输入情景下南亚热带森林土壤无机氮的转化路径和N2O的来源途径;并从氮循环微生物功能群落及其代谢功能的角度揭示其微生物机制。项目开展将有助于揭示全球变化背景下森林土壤氮素迁移与保持机理,为准确评估该区域森林储氮能力和氮氧化物排放潜势并预测其未来变化趋势提供科学依据。
英文摘要
Global changes are profoundly affecting the photosynthetic capacity of forest vegetations, which can alter the transport of organic carbon from plants to soils. As the main sources of forest soil organic carbon, plants can alter soil nitrogen (N) translocation and transformation via aboveground litter decomposition and belowground root activity. However, it remains unclear how plant carbon source inputs affect soil N transformation processes and its microbial mechanism in forest ecosystems. This project aims to identify the pathways of inorganic N transformation and nitrous oxide (N2O) emission under different carbon source inputs and to explore the underlying mechanisms in subtropical forests. To achieve this, a field manipulation experiment has been conducted in a monsoon evergreen broadleaf forest in South China. Several treatments including litter addition, litter removal and root exclusion have been applied to manipulate aboveground and belowground carbon inputs. The gross N transformation rates and contributions of nitrification and denitrification to N2O emission will be quantified using a 15N isotope tracer technique. To further clarify the underlying microbial mechanisms, soil N-cycling microbial communities and their metabolic functions will be analyzed using molecular biology techniques and 18O isotope tracer techniques. This project will allow to clarify the mechanisms of soil N translocation and retention in forest ecosystems under global changes, providing a scientific basis for accurately assessing N storage capacities and NOx emission potentials and predicting the future trends in subtropical forest ecosystems.
全球变化正深刻影响着植被光合能力,进而改变植物向土壤输送有机碳的过程。植物作为森林土壤碳库的主要来源,可通过地上凋落物分解与地下根系活动的方式影响土壤氮循环。本项目以南亚热带季风常绿阔叶林为研究对象,依托野外凋落物和根系处理及植被去除实验样地,采用15N和18O稳定同位素标记、宏基因组测序、高通量测序等技术手段,探究了植物碳源输入对南亚热带森林土壤氮素转化和N2O排放的影响,并结合微生物氮利用效率、氮循环功能基因丰度、微生物群落结构、微生物量及土壤理化性质等因素的变化,揭示植物碳源输入影响南亚热带森林土壤氮素迁移转化的机制。取得的重要结果如下:1)凋落物添加和根系去除显著促进了森林土壤N2O排放,且根系去除会影响森林土壤N2O排放对氮输入的响应;2)根系去除、凋落物添加和去除均显著改变了森林土壤总氮矿化速率和总硝化速率;3)凋落物和根系输入变化不仅改变了土壤微生物氮利用效率,也改变了氮循环相关的代谢通路与功能基因丰度,还会使微生物多样性、微生物群落组成、土壤碳氮磷等养分含量发生不同程度的改变;4)凋落物添加显著提高了土壤微生物的生物量和各类群的磷脂脂肪酸含量,凋落物输入相比于植物根系对微生物群落数量起着更重要的调控作用;5)植被去除显著改变了土壤微生物群落结构,降低了微生物网络的复杂性和稳定性,但不影响微生物群落构建过程;6)植物碳源输入影响森林土壤氮素转化与排放的机理,与微生物氮利用效率、氮循环功能基因丰度、微生物群落数量及土壤养分含量等因素有关。研究结果有助于揭示全球变化背景下亚热带森林土壤氮素动态特征与转化规律,为评估该区域森林储氮能力和氮氧化物排放潜势、提升森林生态服务功能及制定林业可持续发展决策提供科学依据。在该项目的资助下,发表标注本项目号的学术论文3篇,其中SCI论文2篇。
氮沉降下菌根真菌外延菌丝调控森林土
壤N2O释放的过程与机制
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2025
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负责人:陈伟彬
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依托单位:
植物资源输入变化对森林土壤氮循环关键过程的影响与机制研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:15.0万元
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批准年份:2024
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负责人:陈伟彬
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依托单位:
植物碳源输入影响南亚热带森林土壤N2O排放的过程机制
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2021
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负责人:陈伟彬
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依托单位:
国内基金
海外基金