模拟氮沉降对青藏高原高寒草甸土壤氨氧化微生物及N2O排放的影响

The increase of atmospheric nitrogen deposition has become a new ecological factor in terrestrial ecosystem. The response and adaptation of the belowground eco-process to atmospheric nitrogen deposition is one of the main uncertainties in predicting the future climate change. However, the information of how does the external drivers play a role, especially how to affect the community and activity of ammonia oxidizer of soil in alpine meadow which participate in the core process of soil nitrogen cycle, and how such interaction further induce the feedback on the nitrogen cycle in alpine meadow ecosystem, is still limited. In this project, we will try to evaluate the impact of nitrogen deposition on the abundance, community composition and activity of ammonia oxidizer of soil in alpine meadow of Qinghai-Tibetan Plateau using both real-time quantitative PCR (qPCR) and terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP). We will study the mechanism of N2O emissions and its interaction with ammonia oxidizer, combined with the analyses of soil physical and chemical properties. We will further investigate the mechanism of interaction between the dynamic response of ammonia oxidizer of soil and nitrogen cycle. This project will fundamentally improve our understanding about the feedback of ammonia oxidizer of soil on atmospheric nitrogen deposition and its regulation in nitrogen cycle of soil. Our result will provide the evidence to predict the trend of nitrogen cycling of soil in meadow ecosystem under the background of global change, and thus provide the guidance for the management and protection of the alpine meadow ecosystem.

大气氮沉降的增加已成为陆地生态系统新的生态因子，地下生态过程对氮沉降的响应和适应是预测未来气候变化的主要不确定因素之一。但外在的驱动因素是如何发挥作用的，特别是如何影响参与土壤氮循环核心过程的土壤氨氧化微生物的群落及活性，进而对高寒草地生态系统氮循环产生反馈作用的，现有的研究还非常欠缺。因此，本项目以我国青藏高原高寒草甸土壤为研究对象，应用T-RFLP、Real time PCR等技术，系统的研究氮沉降对高寒草甸土壤氨氧化微生物数量、群落和活性的影响，并结合土壤养分、含水量等土壤理化性质变化情况，分析N2O排放机理及其与氨氧化微生物互作机制，探讨土壤氨氧化微生物的动态响应与氮循环的相互作用机制。本项目有助于认识这一区域土壤氨氧化微生物对生态系统氮沉降的反馈及对土壤氮素循环的调控作用，从而对未来全球变化下高寒草甸生态系统土壤氮循环的变化趋势作出评估，进而为高寒草甸生态系统的管理和保护提供指导

大气氮沉降的增加已成为陆地生态系统新的生态因子，地下生态过程对氮沉降的响应和适应是预测未来气候变化的主要不确定因素之一。本项目以我国青藏高原高寒草甸土壤为研究对象，采用454高通量测序技术和荧光实时定量 PCR技术分析不同生长季节不同氮沉降强度对土壤氨氧化微生物（AOA和AOB）数量、遗传多样性和群落结构组成，揭示不同生长季节不同氮沉降强度下土壤硝态氮、铵态氮、有机质、pH等土壤环境因子对氧化微生物数量和群落结构的影响。完成N2O排放的初期测定与分析。主要结果如下：.1）研究了不同氮沉降量对青藏高原高寒草甸土壤硝态氮、铵态氮、有机碳和pH的影响。结果表明，9月份时不同氮沉降处理降低了铵态氮和硝态氮浓度，而且铵态氮和硝态氮浓度随氮沉降量增加而降低，作用趋势在7-8月份时不显著。不同氮沉降处理对土壤有机碳和pH未产生显著影响。2）研究了不同氮沉降量对青藏高原高寒草甸土壤AOA数量、AOB数量的影响。不同N沉降量显著影响土壤AOB数量、AOA/AOB比例和pH，对AOA数量影响不显著。土壤AOB数量与AOA数量、 NH4-N极显著正相关，与NO3-N显著负相关。本研究发现生长季节显著影响土壤AOA数量、AOB数量AOA/AOB比例、硝态氮浓度、铵态氮浓度、SOC和pH。3）分析了不同氮沉降量对青藏高原高寒草甸土壤AOA和AOB群落多样性和群落组成的影响。结果表明，不同氮沉降处理对AOA和AOB群落多样性的影响基本表现为相反趋势，在6月生长时期，氮沉降处理降低土壤AOA群落丰富度Chao1和多样性Shannon指数；在9月生长时期，增加土壤AOA群落丰富度Chao1和多样性Shannon指数，而AOB群落多样性的变化趋势与AOA相反。土壤AOA群落组成分别属于Nitrososphaera 和 Nitrosopumilus菌群，其中Nitrososphaera菌群为优势物种组成，占总数的99.5%。土壤AOB群落组成分为Nitrosomonas和Nitrosospira，其中Nitrosospira菌群为优势物种组成，但总数的99.9%。不同的生长季节对高寒草甸AOA群落结构的影响较大，对AOB群落结构的影响较小。高氮沉降量处理使得土壤AOB群落发生显著变化，而不同氮沉降量处理未使得土壤AOA群落发生显著变化。