水保所国重室在黄土高原草地土壤元素循环研究取得新进展

　　  近日，水土保持科学与工程学院（水土保持研究所）科研人员在国际土壤科学领域重要期刊Soil Biology and Biochemistry上发表了题为“Nitrogen enrichment stimulates rhizosphere multi-element cycling genes via mediating plant biomass and root exudates”的研究论文。中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室为第一单位。该论文廖李容博士为第一作者，张超研究员和刘国彬研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目(42177449, 42130717)等资助。

　　全球范围内的氮沉降显著影响地上植物群落的结构和功能，然而，对于氮富集对地下微生物群落的影响，尤其是在功能基因结构方面的影响，尚未得到充分的研究。过去的研究主要关注氮添加对碳和氮元素循环的影响，以及对参与这些活动的微生物群落的影响。然而，磷和硫循环在植物基本代谢过程中的作用尚未受到广泛的研究。评估氮沉降对参与碳、氮、磷和硫循环的微生物功能基因的反馈对于预测气候功能变异，以及深化我们对土壤养分循环的理解具有至关重要的意义。

　　基于上述背景，本研究通过进行为期18个月的盆栽试验，采用微阵列技术GeoChip 5.0，研究了氮添加(0、5、10和15 g N m^-2 yr^-1)对半干旱区白羊草根际微生物功能基因组成的影响，并分析了土壤和植物变量对这些影响的关系。研究发现：（1）与非根际土壤相比，氮添加显著增加了根际固碳(tkta、rubisco、TIM)、碳降解(amyA、ara、chitinase)、产甲烷(mcra)、固氮(nifH)、反硝化(narG、nirK/S、nosZ)、多磷酸盐降解(ppx)和亚硫酸盐还原(dsrA、dsrB、cysJ)相关基因的丰度（图1）；（2）随着施氮量的增加，碳、氮、磷和硫循环相关基因的丰度呈上升趋势，其主要调控因素为植物生物量和根系分泌物的变化。在此过程中，植物生物量通过增加根系分泌物中有机酸和土壤可溶性有机碳的含量间接影响这些基因的丰度（图1和图2）。研究结果强调了未来氮沉降背景下根系分泌物和植物生物量在调控微生物功能方面的关键作用。研究结果有助于深化我们对微生物对氮添加功能响应的理解，并强调了在潜在的未来氮沉降背景下，根系分泌物和植物生物量在调节微生物功能方面的关键作用。

　　贵州大学、澳大利亚悉尼大学等单位研究人员共同参与了该项工作。

　　图1 氮添加对黄土高原草地土壤元素循环研究概念模型

　　图2 氮添加下植物和土壤变量对根际土壤碳氮磷硫循环基因的影响

　　论文链接如下：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071723003681

编辑：王容娜

终审：韩锁昌