植物和微生物的反馈作用维持着烧毁和未烧毁草地中的土壤氮遗留物

IF 5.3 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Journal of Ecology Pub Date : 2024-08-05 DOI:10.1111/1365-2745.14386

Matthew A. Nieland, Lydia H. Zeglin

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摘要

氮（N）的可用性是生态系统结构和功能的一个众所周知的驱动因素，但随着空气质量法规不断减少大气中氮的沉积，有必要了解有管理和无管理的生态系统如何应对陆地氮可用性的普遍下降。由于植物和微生物的反馈作用发生了改变，历史上因污染或施肥造成的氮富营养化可能会继续制约当代对可用氮减少的反应。因此，虽然某些管理措施（如规定用火）会从草原生态系统中去除氮，但火能为从长期氮输入中恢复的生态系统起到什么作用还不得而知。为了填补这一知识空白，我们在一个高草草原生态系统的野外实验中停止了为期 30 年的氮肥处理，并将焚烧和火抑制（未焚烧）处理交叉进行。我们在每个先前施肥的恢复地块内建立了子地块，以相同的历史施肥量（10 克 N m-2 year-1 作为 NH4NO3）施肥，以比较恢复地块与不同火烧制度下的对照（从未施肥）和仍施肥处理的植物和土壤特性。我们记录了从氮肥中恢复的烧毁草原和未烧毁草原生态系统特性中不同的氮肥遗留物。在烧毁和未烧毁的草原上，恢复地块的土壤氮可用性、硝化和反硝化潜力在 3-5 年内仍高于对照地块，这表明烧毁和未烧毁的草原上都存在积极的遗留物，但烧毁并没有减少这种遗留物。然而，在焚烧过的草原上，地上植物产量的积极影响依然存在，因为一种产量更高的草种（开关草）取代了之前的优势草种（大蓝茎桉），尽管根部 C:N 增加了，但土壤 C:N 没有增加，而是回到了对照组的水平。因此，焚烧草原和未焚烧草原的主要氮损失途径（分别是热卷化和微生物介导过程）在 5 年内导致的土壤总氮损失（20-28 克氮 m-2）相似。综述：我们的研究结果表明，氮的富营养化会诱发生态系统功能的正向遗留效应，这种效应可持续至少 50 年。氮引起的后遗症产生的原因是土壤微生物氮循环和植物功能特性的变化。因此，由于植物和微生物的反馈作用不同，不同的管理方法可能会在总氮和可用土壤氮方面引起相似的生态系统恢复轨迹。

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Plant and microbial feedbacks maintain soil nitrogen legacies in burned and unburned grasslands

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Journal of Ecology 环境科学-生态学

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期刊介绍： Journal of Ecology publishes original research papers on all aspects of the ecology of plants (including algae), in both aquatic and terrestrial ecosystems. We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems. Studies of plant communities, populations or individual species are accepted, as well as studies of the interactions between plants and animals, fungi or bacteria, providing they focus on the ecology of the plants. We aim to bring important work using any ecological approach (including molecular techniques) to a wide international audience and therefore only publish papers with strong and ecological messages that advance our understanding of ecological principles.