国内土壤科研进展（2020年第2期）|研究

导  读

在灌丛化草原生态系统土壤碳库变化方面取得进展等3则进展。

来源：根据中科院网站近期相关报道整理

植物所在灌丛化草原生态系统土壤碳库变化方面取得进展

由于全球气候变化和人类活动影响，灌丛化现象在世界干旱-半干旱地区广泛发生，并深刻影响了区域碳循环。早前研究多关注灌丛化对草原生态系统的生物量和土壤有机碳储量的影响，而忽视了对于土壤无机碳库的影响。同时有研究表明，一些地区草原灌丛化导致土壤酸化，进而影响这些地区的无机碳储量，但灌丛化对土壤无机碳的影响尚未得到实验证实。

中国科学院植物研究所方精云团队以内蒙古草地为研究对象，基于大范围的野外调查和土壤取样，揭示了草原生态系统土壤无机碳库对灌丛化的响应。结果表明，灌丛化显著降低了无机碳密度并导致了土壤酸化，且对20-50 cm土层的影响尤为明显。土壤无机碳密度的变化量与灌木斑块大小和土壤pH值变化量相关，因此推测，灌丛化草地中土壤无机碳密度的下降可能是由于土壤酸化导致。进一步研究发现，由于灌丛化导致丢失的土壤无机碳可能被释放到大气中，而非重新分布到更深的土层，因此早前以土壤有机碳为重点的相关研究可能高估了灌丛化草地土壤的固碳能力。该研究首次提供了灌丛化草地土壤无机碳丢失的证据，强调了土壤无机碳动态在全球干旱区碳收支中不可忽视的作用。

该研究成果于2月21日在国际学术期刊Journal of Ecology 正式出版。植物所博士研究生刘上石为该论文第一作者，中科院院士方精云和副研究员沈海花为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委重点项目、国家重点基础研究发展规划项目和中科院前沿科学重点研究项目等的资助。

文章链接

https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1365-2745.13298

a, 内蒙古灌丛化草地景观; b, 土壤无机碳变化量的垂直分布。

版纳植物园发现土壤因素在解释和预测气候变化对物种分布的影响中至关重要

气候变化危机已成为大尺度格局中影响物种分布的关键因素。预测气候变化对物种和生态系统影响的一个关键标准是气候变化的局部速度，即一个物种必须以多快的速度在地区间移动，才能追上空间中其偏好的气候。然而，一些具有重要生态学意义的环境因素则移动得更慢（如一些土壤因素），或根本不移动（如一些地表下的地质因素）。

中国科学院西双版纳热带植物园综合保护中心科研人员的研究指出，对当地土壤因素的相对忽视可能削弱人们解释过去气候变化的响应和预测未来气候变化响应的能力。他们专注于一些固定的环境变量，特别是仅在部分地区的地质底层上形成的含有极端化学或物理性质的土壤类型，如石灰山喀斯特地貌、超镁铁质岩和花岗岩岛山（即孤立的山或从平原突然隆起的山脉，像海中岛屿）。通过查阅大量的文献发现，在更温暖的地区，尽管气候改变，特殊土壤生境物种（即特定地质底质上的动植物种类）通过局域移动、快速响应及遗传适应而生存，好似它们已在该地区存在了数百万年。然而，过去气候通常比现在更冷，且升温更慢，而特殊土壤生境物种现在面临着包括采矿在内的多重额外的威胁。进一步研究发现，过去用于预测气候变化响应的物种分布模型能够包括土壤因素，但这些因素的空间解析度往往很低。

“使用低解析度的土壤因素数据进行预测，可能会得出误导性的结果。”该综述的首席研究员Richard Corlett指出：“我们需要提高对物种土壤特殊性机制的研究，以预测气候变化和其他人为影响对这些特殊土壤生境物种的威胁性。同质园实验和养分添加实验应该对此有用。另外，我们还需要改进预测气候变化响应的物种分布模型。”

该综述以Climate Change and Edaphic Specialists: Irresistible Force Meets Immovable Object? 为题在国际生态学期刊Trends in Ecology & Evolution上发表。

论文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169534719303520#!

特殊土壤生境示例（图片来源于维基百科共享资源）

华南植物园在南亚热带森林土壤氮转化研究中取得系列进展

热带和亚热带森林地区被认为是氧化亚氮（N2O）的主要自然排放源之一。在我国南亚热带地区，年降水分配不均以及持续高氮沉降的特点显著影响了土壤氮转化过程，从而潜在增加南亚热带森林土壤氮素的损失（淋溶和温室气体排放）。土壤氮转化包括氮矿化、硝化和反硝化过程，均由土壤微生物介导。然而，在全球变化背景下微生物如何调控氮转化过程尚不明确。

中国科学院华南植物园生态及环境科学研究中心研究员申卫军课题组，以鼎湖山常绿阔叶林为研究对象，通过建立模拟氮沉降增加野外试验平台，共设4个氮水平（Control：0 kg N ha-1 yr-1，LN：35 kg N ha-1 yr-1，MN：70 kg N ha-1 yr-1，HN：105 kg N ha-1 yr-1），进行了为期2年的野外氮矿化实验及N2O排放通量的监测，结合土壤性质、功能基因综合探讨南亚热带森林土壤氮转化响应氮沉降增加的微生物调控机制。研究发现：（1）硝化作用氨氧化古菌氨单氧酶基因AOA-amoA在土壤中占优势（图 Han et al., 2019）；氨氧化古菌AOA丰度在MN和HN处理分别增加了17.3%和7.5%，但未呈现出统计学上的显著差异（Nie et al., 2019）；但高氮添加显著降低了氨氧化细菌AOB和含nosZ基因的反硝化菌的丰度，而增加了含nirK基因反硝化菌的丰度。（2）施氮1年后中氮和高氮添加显著促进了净氮矿化速率、净硝化速率、硝态氮淋溶速率（Nie et al., 2019）。（3）土壤N2O排放通量在干季受到氮添加促进，在湿季却受到氮添加抑制，且这种促进/抑制效应在加氮处理的第二年有所减弱。湿季N2O排放受抑制是自养硝化和反硝化联合效应、且生成的N2O较大比例被进一步还原的结果；干季N2O排放受促进是异养硝化、自养硝化和反硝化联合效应、且生成的N2O由于被还原比例较低而得以存留的结果（Han et al., 2019）。（4）氮素转化与功能微生物丰度有一定的关联性，但偏最小二乘路径模型（PLS-PM）法分析得出氮添加对功能基因丰度有显著的负效应（Nie et al., 2019）。

另一项研究借助鹤山站野外人工模拟季节降水变化试验平台，通过为期两年（2013-2014）的监测，发现干季延长通过促进净氮矿化和硝化作用增加土壤NO3-含量；随后湿季强降雨显著提高NO3-淋溶和N2O排放量，最终降低了土壤无机氮含量的年平均值。进一步分析发现尽管干季延长、湿季更湿的降水季节变化可同时促进无机氮淋溶和气态氮排放，然而无机氮淋溶对土壤氮流失的贡献占主导地位（Chen et al., 2019）。

上述研究结果对于预测全球变化背景下，南亚热带森林土壤N2O排放的未来变化趋势具有重要的现实意义。以上研究得到国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金青年基金等资助。

图：氮添加下湿季（a）和干季（b）土壤氮素（铵态氮、硝态氮、有机氮、微生物生物量氮）、硝化-反硝化功能基因丰度和N2O排放通量的结构方程模型分析。

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