草业与草原学院董世魁团队在草地生物固氮研究方面取得新进展

       近日，草业与草原学院董世魁团队在草地生物固氮研究方面取得新进展，相关成果以“Low N Deposition Coupled With Climate Warming Promote Soil Asymbiotic N Fixation via Increasing Microbial Specialists in Alpine Grassland”为题发表于《Global Change Biology》。

       生物固氮是将新氮输入自然生态系统的重要过程，已有研究表明高氮沉降会抑制这一过程。然而，作为陆地生态系统的特征现象，长期低水平氮沉降背景下生物固氮的净生态效应及其潜在机制仍存在高度不确定性。考虑到气候变暖是与氮沉降同步发生的关键环境变化因子，探究气候变暖能否改变生物固氮活性、调节氮沉降对生物固氮的影响具有重要意义。为填补这些认知空白，董世魁团队在高寒草地生态系统开展了一项长达十年的控制实验，设置实验增温、低水平氮沉降、高水平氮沉降、气候变暖与低水平氮沉降耦合处理及对照共5个处理组，采用15N2同位素标记法测定生物固氮速率。研究发现：低水平氮沉降显著促进生物固氮速率达112%，与高水平氮沉降完全抑制该过程形成鲜明对比；单独增温使固氮速率提升123%，而增温与低氮耦合处理更将这一效应放大至234%。结构方程模型揭示，增温与低氮耦合处理选择性促进了脱硫弧菌属等特定固氮菌群，这些微生物的富集直接驱动了观测到的固氮变化。在这个氮限制的高寒草甸中，长期低水平氮沉降特别是与增温协同作用时，通过驱动生态位收缩过程根本性地改变了固氮菌群落结构。这种筛选机制在功能上富集了特化固氮菌群，形成显著的正反馈效应，极大促进了整体生物固氮输入。本研究结果揭示了在未来现实气候情景下氮输入增加的潜力，为青藏高原乃至全球高寒草地的氮素精准管理提供了科学依据。

       草业与草原学院博士研究生张珂为第一作者，董世魁教授、李耀明副教授为共同通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划(2023YFF1304303, 2021YFE0112400)及国家自然科学基金(32361143870, W2412148, 41871067)的资助。

       原文链接：http://dx.doi.org/10.1111/gcb.70751