中科院组会文献报告

Global-ScaleSimilaritiesinNitrogenReleasePatternsDuringLong-TermDecomposition报告人：周鲁宏报告提纲研究背景1研究方法2结果分析3结论4outline分解作用将光合产物转换为无机物或稳定的土壤有机质。分解释放为植物提供营养，为微生物提供养分和能量。N往往成为限制植物生长的限制因子，枯落物分解释放的N的内循环是生态系统生产力的主要来源。分解完全需要非常长的时间，分解过程中，枯落物中会存留一定的N。地区间比较困难研究年限短研究尺度小当地种枯落物阻碍对生态系统碳平衡和地区、全球尺度环境改变响应的准确评估。研究存在问题拟解决的问题运用来自山区长期样点间分解实验的数据集来判断气候、枯落物初始的化学性质和样点特有的性质（由土壤条件和微生物派生出来的）中，哪种组合是最能预测分解过程中枯落物中N的长期动态模式。研究方法Long-TermIntersiteDecompositionExperiment(LIDET)7个生物区系，每个至少2个重复，共21个样点。Long-TermIntersiteDecompositionExperiment(LIDET)背景知识——实验设计十种类型的“标准”枯落物被发送到每个站点。3种细根（禾草类，硬木和针叶），6类落叶（即介乎于木质素/氮比为5〜75）和木销钉。样品将被收集十次;样本之间的时间为一年，但热带样点每三至六个月收集一次。每个种类有4个重复。另，在每个样点和随机位置放一个“wildcard”物种，目的是验证与标准物质的预测。也有4个重复。Long-TermIntersiteDecompositionExperiment(LIDET)背景知识——枯落物收集对于大多数样点，落叶是直接从衰老植物或刚落下叶片收集。3个站点收集绿叶（LaSelva）。所有的枯枝落叶除铁色栎，在40℃烘箱中干燥，以防止腐烂剩下空气干燥。湿地松林细是洗涤的表面树根。禾草根是沿着暴露溪岸收集。禾草和松树根被空气干燥，而热带硬木根在40℃烘箱中干燥，以防止分解。在LaSelva站，装袋灭菌杀死所有无脊椎动物，真菌和病毒。灭菌是在巴特尔国家实验室用源自钴-60的伽马射线照射20小时。总暴露两为2兆。Long-TermIntersiteDecompositionExperiment(LIDET)背景知识——收集袋袋大20×20cm，可填入10g叶或5-7g细根。每袋具有压纹的铝标签的唯一编号。袋子的开口密封六个U形钉。记录初始空气干重，绝干重量，品种，部位，重复的编号。子样本用来测定风干和烘干的转换因子以及凋落物初始化学性质。在空气干燥的枯落物水分含量从2-10％不等。长期凋落叶试验袋顶1mm和底55μm；细根袋是55μm。Long-TermIntersiteDecompositionExperiment(LIDET)背景知识——放置1990年，或1991年秋天放样品，地点气候相似，枯落物避免被人破坏。1）四个不同的位置被选中，以避免伪复制问题。2）每套袋用线连接，一组被以随机顺序放置在平行线上。3）叶袋放在可与底层的枯枝落叶层接触处。细根袋插入到矿质土壤或腐殖质层上层10-20厘米处。研究方法-材料几种不同化学质量（C:N、初始N浓度、木质素、木质素、木质素：纤维素）的叶片和根系枯落物，其中5-6种叶片，3种根在所有样点都存在。数据集包含全球的气候条件：全球尺度的土壤条件，与之有关的微生物群落组成。年均温、年降水量、实际蒸散量和气候分解指数（CDI）作为分解率和N动态的潜在预测指标。CDI——theclimaticdecompositionindexCDI包含温度和湿度的季节性，与1到5年的分解率有很好的相关性，在全球尺度是最好的分解率指示物（r2=0.68）。分解速率与CDI的关系剩余量与初始N的关系（释放or固持）TNET与气候、初始组织化学性质的关系TNET——thetimerequiredtoinitiatenetNrelease结果分析数据使用21个样点都有的：5-6种叶片，3种根结果分析——分解速率与CDI的关系结果分析——分解速率与CDI的关系表13-5年分解快在受气候影响外，可能还受紫外辐射影响。与CDI一致结果分析——分解速率与CDI的关系与生物损失不同，叶片中净N固持和释放由组织初始N浓度强烈控制，无论是什么样的气候、其他叶片质量参数或样点特征。在所有的森林、湿润草原和苔原生态系统，一条连续的非线性回归曲线可以解释净N固持或释放作为叶片中初始N浓度和剩余生物量的函数中77%的变异。结果分析——剩余量与初始N的关系高N中N低N极低N方程高r2=0.91方程低r2=0.47方程平均r2=0.77结果分析——剩余量与初始N的关系结果分析——剩余量与初始N的关系大量的净N固持初始N固持最大值增加1.7结果分析——剩余量与初始N的关系这些数据阐述了：对微生物生理的基本约束可以导致长期分解中净N固持或分解的可预测模式。N固持或分解与特定枯落物的初始N浓度有关，但不依赖于气候、其他化学成分的特征、土壤特征或微生物类群组成。结果分析——剩余量与初始N的关系理论上，C：N比控制净N释放，因为分解者满足自身需要后才释放N。低C:N分解者满足需要直接分解枯落物净N释放高C:N分解者将外部N转移至枯落物中外部N转化为微生物生物量或胞外酶净N固持由外部N的可获取性控制结果分析——剩余量与初始N的关系分解者有机质C:N环境N可或取性净N固持和释放结果分析——剩余量与初始N的关系大时空尺度的叶片N动态可以只通过分解过程中的初始N浓度和剩余量进行预测。平均C:N少于40（31-48）开始净N释放平均C:N=55开始净N释放加拿大6年的分解研究。——初始N变化太小，且与净N释放无相关。但是检验每个剩余量单元的净N固持和释放时，结果与LIDET实验相似。结果分析——剩余量与初始N的关系例外：在干旱多年生草地，低及极低N浓度的叶片表现出线性的N释放，没有或几乎没有固持。与初始N浓度无关的方程湿润草地随初始N浓度降低出现明显的N固持。分解早期：湿润草原快3-5年：干旱草原快~落叶林干旱草地分解后期速度加快，且与净释放有线性关系的原因可能是光分解。干旱草地生物量100g/m2,湿润草地400g/m2，阻碍光辐射到地面枯落物。结果分析——剩余量与初始N的关系但是干旱草地早期的分解结果与UV辐射对分解过程的影响是矛盾的。然而，近期的研究表明在一些对分解不利的环境中（如高木质素：N，水分获取困难的干旱草地），光降解占主导地位。这个原理也解释了样点，分解与N浓度无强烈的相关关系以及无净N固持现象。结果分析——剩余量与初始N的关系结果分析—TNET与气候、初始组织化学性质的关系与净N固持与分解随生物量损失的模式不同，thetimerequiredtoinitiatenetNrelease(TNET)与组织初始化学性质以及气候有关。给定的CDI水平，其他条件，如土壤条件，分解者群落可能有所影响。在高N含量时，所有群系在第一年都表现出净N释放。高N中N低N极低N方程高r2=0.91方程低r2=0.47方程平均r2=0.77结果分析—TNET与气候、初始组织化学性质的关系结果分析—TNET与气候、初始组织化学性质的关系DRGLy=−0.0001x2+0.0221x+0.0192r2=0.90ANGEy=0.0087？（-）x+0.1409r2=0.87A:某些点在分解早期出现很少量的N固持，可能非极性物质偏高，酸性碳水化合物略低。B:净N释放相似初始N浓度，根的分解比叶片略快。根部（C:N50）分解一开始就出现N释放。这可能由于土壤中的微生物比土壤表面的微生物更易获取水分，有机质、矿质N，促进了土壤中的净N释放。草地、温带阔叶林、温带针叶林和潮湿的热带雨林都会出现相似的净N释放模式。结论1.TheinitialNconcentrationofleaflitterisadominantdriverofnetNimmobilizationandreleaseduringlong-termlitterdecompositionataglobalscale.Thisoccursregardlessofclimate,otherlitterchemicalproperties,edaphicconditions,orsoilmicrobialcommunities.2.Ncanbereleasedearlyindecompositionfromhigh-qualitylittersinenvironmentsthatsupportlowdecompositionrates.3.TNETwaspredictedfromtheinitialNofthelitterandtheCDIacrossbiomes,butrequiredmoresiteinformationwithinagivenCDI.4.RootsgenerallylostNlinearlywithmasslossduringdecomposition.展望BecauseNreleaseduringdecayplaysafundamentalroleinnetecosystemproduction,improvedunderstandingofthecontrolsonnetNreleaseduringdecompositionislikelytogreatlyimproveourabilitytopredictterrestrialCdynamicsatglobalandregionalscales.请老师批评指正！Thankyou！