氮沉降对热带亚热带森林土壤氮循环微生物过程的影响研究进展
发布时间：2022-01-27 09:21
近年来,高速的城市化和工业化建设导致全球大气氮沉降量逐年递增,其中热带亚热带地区氮沉降量显著高于全球平均水平,而大部分热带亚热带森林土壤趋近氮饱和状态,氮沉降增加将持续向土壤输入外源活性氮,极易导致土壤氮过剩,进而破环整个森林生态系统氮循环的平衡。我国热带亚热带地区经济发展快速,氮沉降增加导致的土壤养分失衡和林地退化等生态问题日益凸显,森林土壤氮循环对大气氮沉降的响应及适应机制已引起了学术界的广泛关注。研究表明氮循环各环节均由特定的功能微生物驱动完成,明确氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮循环功能微生物及其介导的关键过程的影响,对评价未来氮沉降增加背景下全球森林土壤氮循环的响应及驱动机制有重要作用,可为促进我国热带亚热带地区森林修复、生态环境的改善与提升提供科学支撑。鉴于此,本文综述了热带亚热带森林土壤氮循环主要过程（如固氮、硝化、反硝化、厌氧氨氧化等）及其功能微生物群落丰度、活性、组成等对氮沉降增加的响应,同时分析了这些功能微生物的群落特征与主要环境因子（如NH+4、NO-3、有机碳、pH、含水量等...
【文章来源】：生态学报. 2020,40(23)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
氮循环关键过程及相关功能基因
综上所述,国内外在氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮转化及其功能微生物的影响研究中已取得了一定进展。热带亚热带森林环境湿热,土壤微生物活性较高,氮沉降增加输入大量活性氮,而同时也改变了土壤pH值和可利用性碳、磷含量,对氮转化各环节及相关功能微生物产生了不一致的影响(图2)。总体上,氮沉降增加对热带亚热带森林土壤共生固氮和非共生固氮均有一定的抑制作用,但两类固氮微生物群落对氮沉降增加的响应异同还不清晰;土壤的酸性特质导致NH3浓度较低,因而与NH3亲和度较高的氨氧化古菌(AOA)是驱动氨氧化作用的关键微生物类群,氮沉降增加可通过改变土壤AOA、AOB群落丰度和组成而影响硝化速率;反硝化作用对氮沉降增加的响应与土壤氮含量背景值显著相关,热带亚热带森林土壤大多处于氮饱和状态,氮沉降会促进反硝化作用以排除土壤中过剩的氮素,但同时增加了温室气体N2O的排放;较高的微生物活性不利于有机碳的累积,氮沉降增加可能导致土壤碳氮比降低,难以满足反硝化微生物的碳需求量,进而抑制反硝化功能微生物的活性及反硝化作用。迄今为止,氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮循环的影响仍存在很大的不确定性,主要是以往的研究多为短时间内土壤氮循环的响应结果,且重点关注硝化和反硝化过程,缺乏对其他氮循环过程的综合研究(表1)。与氮循环相关联的关键环境因子也存在分歧,主要是现有的研究多针对单一的环境因子,多个环境因子的共同作用对氮循环关键过程的影响值得深入探索。此外,功能微生物对氮沉降的响应研究十分有限,已有的报道多关注微生物群落丰度的变化,缺乏从群落活性、组成和关键种等方面综合地分析功能微生物对氮沉降的响应,及其与氮循环变化的相关性(表1),因此氮沉降背景下,功能微生物对氮循环的调控作用仍不明确。针对目前研究的不足,今后的研究中需要注重以下几个方面:(1)加强长期模拟氮沉降对氮循环关键过程的影响研究,同时加强氮沉降对单步硝化(comammox)、厌氧氨氧化(anammox)、异化硝酸盐还原成铵(DNRA)等氮转化过程的影响研究,为准确评价氮循环对氮沉降增加的响应提供更全面的理论依据;(2)加强氮沉降背景下,土壤碳、氮、磷化学计量关系与氮循环关键过程的相关性研究,进一步探索影响氮循环的主要环境因子;(3)注重分析功能微生物群落活性、组成和关键类群等特征对氮沉降增加的综合响应,开展功能微生物群落特征与氮转化过程的相关研究,深入探究氮沉降影响热带亚热带森林土壤氮循环的微生物学机制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]热泉微生物驱动的氮循环研究进展及展望[J]. 张艳敏,吴耿,蒋宏忱. 微生物学报. 2018(04)
[2]硝化作用研究的新发现:单步硝化作用与全程氨氧化微生物[J]. 董兴水,王智慧,黄学茹,蒋先军. 应用生态学报. 2017(01)
[3]异养硝化机理的研究进展[J]. 何霞,吕剑,何义亮,赵彬,李春杰. 微生物学报. 2006(05)
本文编号：3612208
【文章来源】：生态学报. 2020,40(23)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
氮循环关键过程及相关功能基因
综上所述,国内外在氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮转化及其功能微生物的影响研究中已取得了一定进展。热带亚热带森林环境湿热,土壤微生物活性较高,氮沉降增加输入大量活性氮,而同时也改变了土壤pH值和可利用性碳、磷含量,对氮转化各环节及相关功能微生物产生了不一致的影响(图2)。总体上,氮沉降增加对热带亚热带森林土壤共生固氮和非共生固氮均有一定的抑制作用,但两类固氮微生物群落对氮沉降增加的响应异同还不清晰;土壤的酸性特质导致NH3浓度较低,因而与NH3亲和度较高的氨氧化古菌(AOA)是驱动氨氧化作用的关键微生物类群,氮沉降增加可通过改变土壤AOA、AOB群落丰度和组成而影响硝化速率;反硝化作用对氮沉降增加的响应与土壤氮含量背景值显著相关,热带亚热带森林土壤大多处于氮饱和状态,氮沉降会促进反硝化作用以排除土壤中过剩的氮素,但同时增加了温室气体N2O的排放;较高的微生物活性不利于有机碳的累积,氮沉降增加可能导致土壤碳氮比降低,难以满足反硝化微生物的碳需求量,进而抑制反硝化功能微生物的活性及反硝化作用。迄今为止,氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮循环的影响仍存在很大的不确定性,主要是以往的研究多为短时间内土壤氮循环的响应结果,且重点关注硝化和反硝化过程,缺乏对其他氮循环过程的综合研究(表1)。与氮循环相关联的关键环境因子也存在分歧,主要是现有的研究多针对单一的环境因子,多个环境因子的共同作用对氮循环关键过程的影响值得深入探索。此外,功能微生物对氮沉降的响应研究十分有限,已有的报道多关注微生物群落丰度的变化,缺乏从群落活性、组成和关键种等方面综合地分析功能微生物对氮沉降的响应,及其与氮循环变化的相关性(表1),因此氮沉降背景下,功能微生物对氮循环的调控作用仍不明确。针对目前研究的不足,今后的研究中需要注重以下几个方面:(1)加强长期模拟氮沉降对氮循环关键过程的影响研究,同时加强氮沉降对单步硝化(comammox)、厌氧氨氧化(anammox)、异化硝酸盐还原成铵(DNRA)等氮转化过程的影响研究,为准确评价氮循环对氮沉降增加的响应提供更全面的理论依据;(2)加强氮沉降背景下,土壤碳、氮、磷化学计量关系与氮循环关键过程的相关性研究,进一步探索影响氮循环的主要环境因子;(3)注重分析功能微生物群落活性、组成和关键类群等特征对氮沉降增加的综合响应,开展功能微生物群落特征与氮转化过程的相关研究,深入探究氮沉降影响热带亚热带森林土壤氮循环的微生物学机制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]热泉微生物驱动的氮循环研究进展及展望[J]. 张艳敏,吴耿,蒋宏忱. 微生物学报. 2018(04)
[2]硝化作用研究的新发现:单步硝化作用与全程氨氧化微生物[J]. 董兴水,王智慧,黄学茹,蒋先军. 应用生态学报. 2017(01)
[3]异养硝化机理的研究进展[J]. 何霞,吕剑,何义亮,赵彬,李春杰. 微生物学报. 2006(05)
本文编号：3612208
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