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研究揭示氮素调控冻土碳动态的新机制

  冻土生态系统约占北半球陆地面积的1/4,是全球陆地生态系统的重要组成部分。由于冻土生态系统储存着大量碳,气候变暖引起的冻土融化对生态系统碳循环的影响受到广泛关注。冻土热融塌陷是一种剧烈的融化形式,能在较短的时间内导致植被、土壤和水文等过程发生剧烈变化,进而可能对生态系统碳循环产生强烈影响。以往研究显示,热融塌陷会导致土壤氮可利用性增加,也可能会改变土壤中的碳输入,进而可能会改变“土壤碳激发效应”(即外源碳输入对原有土壤有机碳分解的影响)。然而,目前学术界尚不清楚冻土融化导致的土壤氮可利用性增加对土壤碳激发效应的影响及其微生物机制。

  为此,中科院植物所的研究人员依托在青藏高原冻土区建立的热融塌陷研究平台,利用冻土融化形成的自然氮梯度,结合室内氮添加实验以及稳定碳同位素标记技术,揭示了土壤氮可利用性在调控冻土区土壤碳激发效应中所起的关键作用。

  研究发现,土壤碳激发效应的强度沿冻土融化形成的自然氮梯度呈现下降趋势,且该梯度的变异主要取决于微生物代谢效率,但不受微生物胞外酶活性调控。研究人员基于室内氮添加实验,进一步证实了野外氮梯度上观察到的“土壤氮素通过调控微生物代谢效率影响土壤碳激发效应”的现象。

  该研究并不支持学术界以往关于“激发效应强度主要受微生物酶活影响”的认识。研究成果揭示了氮素调控土壤碳激发效应的新机制,相关成果有助于促进学术界对冻土碳循环及其与气候变暖之间反馈关系的认识。该成果近期以“氮可用性通过改变微生物代谢效率以调节永久冻土融化后的表土碳动态”(Nitrogen availability regulates topsoil carbon dynamics after permafrost thaw by altering microbial metabolic efficiency)为题发表在《自然??通讯》期刊。此外,该研究团队近期还揭示了土壤CH4和N2O通量沿冻土融化序列的变化及其微生物机制,相关成果分别以“青藏高原多年冻土序列中甲烷通量的变化”(Changes in Methane Flux along a Permafrost Thaw Sequence on the Tibetan Plateau)和“多年冻土融化后陆地氮氧化物排放增加的幅度和途径”(Magnitude and Pathways of Increased Nitrous Oxide Emissions from Uplands Following Permafrost Thaw)为题发表在《环境科学与技术》(Environmental Science & Technology)期刊。

  科研人员沿典型冻土融化序列开展系统调查

  氮素通过调控微生物代谢效率影响土壤碳激发效应

  延伸阅读:http://www.cas.cn/syky/201809/t20180930_4665201.shtml(吴灿选编)

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