氮沉降对外生与丛枝菌根人工林根际土壤磷有效性影响机制

批准号:
41877091
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
张心昱
依托单位:
学科分类:
D0710.土壤侵蚀与土壤肥力
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
寇亮、魏杰、吕斯丹、唐玉倩、杨洋、郭志明、董清馨、刘霜
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中文摘要
磷是红壤中植物和微生物生长最重要的限制养分,氮沉降加剧了磷的限制作用。根际是植物和土壤微生物养分竞争最激烈的区域。氮沉降对红壤不同菌根类型人工林根际土壤磷有效性影响机制还不清楚。本研究选择亚热带红壤人工针叶林中的外生菌根(马尾松、湿地松)、丛枝菌根(杉木)植物,采用野外调查、氮添加-根箱培养、13CO2标记-根箱培养控制实验,利用13C-DNA的稳定同位素探针(SIP)、功能基因测序、酶动力学、酶谱监测等技术,分析根际土壤磷有效性、磷酸酶动力学、磷酸酶酶谱、磷酸酶功能基因丰度与种群多样性、13C标记的微生物种群特征等。主要目的:1)揭示红壤外生菌根、丛枝菌根人工林根际土壤磷有效性的影响因素;2)阐明氮沉降对红壤外生菌根与丛枝菌根人工林根际土壤磷有效性影响机制。为氮沉降增加背景下,南方红壤人工林土壤磷维持机制、养分管理提供理论依据。
英文摘要
Phosphorus is the most important limiting nutrient for plant and microbe growth in red soil. Nitrogen deposition increases plant and microbe phosphorus demanding, and rhizosphere is the hot spots of plant-soil microbe nutrient competing area. However, it is not well understood the mechanisms behind nitrogen deposition on rhizospheric soil phosphors availability in ectomycorrhizal and arbuscular mycorrhizal fungal plantation forests in red soil. In this study, we choose ectomycorrhizal fungal (Pinus massoniana, Pinus elliottii) and arbuscular mycorrhizal fungal (Cunninghamia lanceolate) plantation forests in subtropical red soil. By field investigation, nitrogen addition-rhizospheric box planting, 13CO2 labeling-rhizospheric box planting experiments, together with 13C-DNA stable isotope probing, functional gene sequencing, enzyme kinetics, in situ fluorescence zymography techniques, we analyze soil phosphors availability, phosphatase kinetics, phosphatase zymography, phosphatase functional gene abundances and community diversities, 13C lablling microbial diversity, and environmental factors in rhizospheric soils. The major objectives are: 1) to reveal the main affecting factors of rhizospheric soil phosphors availability in ectomycorrhizal and arbuscular mycorrhizal fungal plantation forests; 2) to clarify the mechanisms behind nitrogen deposition on rhizospheric soil phosphors availability in ectomycorrhizal and arbuscular mycorrhizal fungal plantation forests in red soil. This study has significant implications for an understanding of phosphorus maintenance and nutrient management under nitrogen deposition increasing scenario in subtropical red soil plantation forests.
氮沉降加剧了土壤磷对亚热带植物生长限制,而根际是植物和土壤微生物养分竞争激烈的区域,氮沉降对红壤不同菌根类型人工林根际土壤磷有效性影响机制还不清楚。本研究选择亚热带红壤人工林中的外生菌根、丛枝菌根植物,采用野外调查、氮磷添加控制实验、原位酶谱根箱培养实验,利用土壤酶动力学参数、原位酶谱、土壤磷矿化功能微生物、根系功能性状等分析技术,揭示外生与丛枝菌根人工林根际土壤磷有效性的特征及其对氮沉降响应机制。结果表明:1)丛枝菌根树种根际土壤磷有效性高于外生菌根树种,这与磷酸单酯酶活性有关,且丛枝菌根树种叶片磷回收率和吸收根磷含量均高于外生菌根树种,这表明与外生菌根树种相比,丛枝菌根树种通过回收更多的地上磷,并通过矿化和吸收更多的地下磷,来提高土壤磷的有效性和缓解土壤磷限制。2)建立了原位酶谱与微生物多样性相结合的分析技术,在该技术在喀斯特土壤玉米、苜蓿、莎草根箱培养实验中,发现根际磷酸酶热点区酶活性与固氮菌的相对丰度正相关,与磷酸酶功能基因丰度、微生物群落丰度和多样性负相关,这表明关键种微生物对磷有效性的潜在促进作用,揭示了土壤氮磷养分循环的重要耦合关系。3)随着土壤深度的增加,外生菌根树种马尾松人工林土壤总磷含量基本维持不变,而总磷储量有增大的趋势,这受土壤容重的影响。丛枝菌根树种杉木土壤磷酸酶催化效率影响土壤剖面磷有效性,这表明土壤微生物通过分泌具有高底物亲和力的高效酶,使其在不同土层保持对有效磷的供应能力。4)外源氮磷添加降低杉木人工林土壤磷酸酶活性和编码碱性磷酸酶功能基因丰度,表明外源氮磷添加可导致土壤磷有效性增加,缓解了杉木林土壤磷养分限制。随着土层加深,土壤氮、磷含量的降低导致土壤微生物活性降低所产生的作用可能被微生物产生更加高效率的酶活性所抵消。本研究结果可为红壤人工林磷素管理及对氮沉降响应提供科学依据。
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Phosphorus acquisition strategies of arbuscular mycorrhizal and ectomycorrhizal trees in subtropical plantations
亚热带人工林丛枝菌根和外生菌根树的磷获取策略
DOI:10.1111/ejss.13303
发表时间:2022-08
期刊:European Journal of Soil Science
影响因子:4.2
作者:Yang Yang;Xinyu Zhang;Jing Wang;Liang Kou;Zeqing Ma;Sidan Lyu;Jie Wei;Huimin Wang;Xuefa Wen
通讯作者:Xuefa Wen
Rare microbial taxa rather than phoD gene abundance determine hotspots of alkaline phosphomonoesterase activity in the karst rhizosphere soil
稀有微生物类群而非 phoD 基因丰度决定了喀斯特根际土壤中碱性磷酸单酯酶活性的热点
DOI:10.1007/s00374-020-01522-4
发表时间:2020-11
期刊:BIOLOGY AND FERTILITY OF SOILS
影响因子:6.5
作者:Liu Shuang;Zhang Xinyu;Dungait Jennifer A. J.;Quine Timothy A.;Razavi Bahar S.
通讯作者:Razavi Bahar S.
Warming causes variability in SOM decomposition in N‐ and P‐fertiliser‐treated soil in a subtropical coniferous forest
变暖导致亚热带针叶林中经 N- 和 P- 肥料处理的土壤中 SOM 分解的变化
DOI:10.1111/ejss.13320
发表时间:2022-11
期刊:European Journal of Soil Science
影响因子:4.2
作者:Yuqian Tang;Xinyu Zhang;Huimin Wang;Shengwang Meng;Fengting Yang;Fusheng Chen;Shaoqiang Wang;Qingxin Dong;Jing Wang
通讯作者:Jing Wang
DOI:10.5846/stxb202006171568
发表时间:2022
期刊:生态学报
影响因子:--
作者:于颖超;张心昱;戴晓琴;吕斯丹;杨洋;史丽娟
通讯作者:史丽娟
Main controls on the denitrification rates during cropland revegetation in the southwest China Karst Critical Zone Observatory
西南喀斯特关键带观测站农田植被恢复反硝化率的主要控制
DOI:10.1016/j.agee.2020.107228
发表时间:2021-03
期刊:Agriculture, Ecosystems & Environment
影响因子:--
作者:D;an Li;Xinyu Zhang;Jennifer A.J. Dungait;Sophie M. Green;Xuefa Wen;Timothy A. Quine;Qiubing Wang
通讯作者:Qiubing Wang
气候变暖对大兴安岭冻土区森林土壤有机碳循环的影响及其微生物机制
- 批准号:32241033
- 项目类别:专项项目
- 资助金额:300.00万元
- 批准年份:2022
- 负责人:张心昱
- 依托单位:
杉木林土壤微生物分解有机质功能对氮磷的响应机制
- 批准号:41571251
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:75.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:张心昱
- 依托单位:
红壤丘陵区农业小流域浅层地下水硝酸盐污染来源动态及产生机理
- 批准号:41171153
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:75.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:张心昱
- 依托单位:
氮沉降对长白山典型温带森林土壤碳动态影响实验研究
- 批准号:40701186
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:张心昱
- 依托单位:
国内基金
海外基金
