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國家植物園研究團隊發(fā)現(xiàn)苔蘚固氮是凍土區(qū)植被生長的重要氮源
氣候變暖會導(dǎo)致多年凍土中長期封存的大量有機質(zhì)被微生物分解，以CO2和CH4等形式釋放至大氣，進而形成凍土碳循環(huán)與氣候變暖之間的正反饋關(guān)系。同時，溫度升高也會促進植被生長，部分抵消凍土碳釋放，從而減緩凍土碳–氣候反饋。氮素作為植被生長的重要限制因素，在調(diào)節(jié)凍土生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中起著關(guān)鍵作用。特別是，生態(tài)系統(tǒng)氮供給能力能否滿足植被氮需求在很大程度上決定著植被生長能否持續(xù)減緩凍土碳–氣候反饋效應(yīng)。然而，以往研究主要關(guān)注土壤氮轉(zhuǎn)化過程對生態(tài)系統(tǒng)氮供應(yīng)的貢獻，學(xué)術(shù)界尚不清楚苔蘚固氮在滿足植被氮需求中的作用。
針對上述研究不足，國家植物園(南園)楊元合研究團隊依托在青藏高原多年凍土區(qū)建立的全生態(tài)系統(tǒng)增溫實驗平臺，基于15N同位素示蹤、定量穩(wěn)定同位素核酸探針技術(shù)(qSIP)及高通量測序等方法，系統(tǒng)測定了涵蓋植被氮需求、氮利用策略及土壤氮供給在內(nèi)的43個指標，在此基礎(chǔ)上解析了凍土生態(tài)系統(tǒng)氮供需關(guān)系對氣候變暖的響應(yīng)特征和驅(qū)動因素。研究人員發(fā)現(xiàn)，增溫雖顯著提高植被氮需求，但未改變?nèi)~片氮重吸收效率，表明植物主要通過吸收土壤中的有效氮來滿足其增加的氮需求。然而，增溫處理下土壤氮轉(zhuǎn)化速率未發(fā)生顯著變化，苔蘚固氮速率卻顯著增加。增溫背景下苔蘚固氮增加量約占植被氮需求增加量的48%，表明苔蘚固氮在滿足植被氮需求中起著關(guān)鍵作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)，苔蘚固氮對增溫的響應(yīng)受苔蘚功能性狀以及附生在苔蘚葉片的活性固氮微生物共同調(diào)控。該研究揭示了氣候變暖背景下凍土生態(tài)系統(tǒng)氮供需關(guān)系的變化特征及其驅(qū)動機制，為深入理解凍土生態(tài)系統(tǒng)碳–氮交互作用提供了關(guān)鍵實驗證據(jù)。
該研究成果于2月18日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊PNAS。國家植物園(南園)博士研究生周偉和助理研究員白宇軒為論文共同第一作者，楊元合研究員為通訊作者。維也納大學(xué)Wolfgang Wanek教授和植物所彭云峰研究員等參與了上述研究。該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。
全生態(tài)系統(tǒng)增溫實驗結(jié)果顯示苔蘚固氮是滿足凍土區(qū)植被氮需求的關(guān)鍵途徑
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