東北地理所在大氣CO2濃度升高影響黑土氮循環微生物機制方面取得進展
二氧化碳（CO2）作為引起氣候變化的主要因素之一，其濃度增加已深刻影響了陸地生態系統的生物地球化學循環。土壤氮循環是由微生物驅動的生物地球化學循環的重要組成部分，與土壤生產力的維持、環境保護以及土壤生態系統的可持續發展密切相關。大氣CO2濃度升高會通過改變植物-土壤-硝化和反硝化微生物的相互作用來影響土壤硝化和反硝化過程。因此，評估硝化和反硝化微生物對CO2（eCO2）濃度升高的響應對于制定特定的氮控制管理計劃、維持農業生態系統的穩定性和可持續性、管理溫室氣體排放具有重要意義。
東北黑土區擁有豐富的大豆種質資源，大豆對大氣CO2濃度升高的響應比其他非豆科C3作物和C4作物更敏感。然而，有關大豆根際硝化細菌AOB/nirS-型反硝化細菌群落結構和功能對大氣CO2濃度升高的響應卻鮮有報道。基于此，東北地理所農田分子生態學科組研究人員利用開頂式氣候箱（Open Top Chamber,OTC）模擬大氣CO2濃度升高條件，選擇東北黑土區不同種植年代的大豆品種根際土壤作為研究對象，分析大豆鼓粒初期土壤根際AOB和nirS-型反硝化細菌功能基因的豐度和群落結構，測定硝化潛勢和反硝化潛勢，旨在拓展對大氣CO2濃度升高條件下土壤氮循環關鍵過程的認知，為制定適應未來氣候變化的豆科作物農田氮肥管理策略提供數據支撐和理論依據。
研究結果顯示，不同大豆品種根際土壤的硝化潛勢和反硝化潛勢對CO2升高的響應存在差異（圖1）。高CO2沒有顯著影響amoA和nirS群落結構（圖2），但是部分微生物類群的相對豐度呈現下降趨勢，這可能有助于減緩黑土區的NO2排放。然而，這些微生物在不同大豆品種根際表現出相反的變化趨勢，可能加速NO2排放。因此，不同品種根際微生物的硝化和反硝化潛勢在高CO2升高條件下的變化可能會影響大豆根際氮循環過程和溫室氣體NO2的排放，應在大豆品種選用中予以考慮。
該研究成果近期發表在國際期刊Applied Soil Ecology上，碩士研究生高志穎為論文的第一作者，于鎮華副研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金（42177435和32172123）和黑龍江省重點基金（ZD2021D001）共同資助。
圖1 . 不同大豆品種在大氣CO2濃度升高和不升高條件下根際土壤硝化和反硝化潛勢變化（XHJ、MF5、SN14和DS1分別代表大豆品種小黃金、牡豐5、綏農14和東生1號）
圖2. 大氣CO2濃度升高對AOB（A）和nirS-型反硝化細菌（B）群落結構的影響
論文信息：
Zhiying Gao,Lili Guo,Yansheng Li,Jian Jin,Ying Xu,Xiaobing Liu,Zhenhua Yu*.Impacts of short-term increased CO2 levels on the composition of amoA-type nitrifying and nirS-type denitrifying bacterial communities in soybean rhizosphere in Mollisols. Applied Soil Ecology. 2024, 199: 195408.
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139324001392
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