text: GCB | CO2浓度升高下的硝化、反硝化及相关功能基因的meta分析
  文章标题：Nitrification, denitrification, and related functional genes under elevated CO2: A meta-analysis in terrestrial ecosystems发表期刊：《Global Change Biology》影响因子：13.211发表日期：2022全球变化可能对土壤氮循环产生深远影响，通过硝化和反硝化介导的氧化亚氮(N2O)排放增加，对气候变化产生正反馈。研究对来自58篇论文和46个独立的陆地生态系统CO2升高实验的879条原位观测值进行了meta分析。研究了仅CO2升高或与温度升高、降水增加、干旱和氮素添加联合作用的影响。研究评估了总硝化作用、潜在硝化作用、潜在反硝化作用对CO2升高的响应，以及相关功能基因(古菌amoA、细菌amoA、nirK、nirS和nosZ)的丰度。CO2浓度升高增加了农田生态系统中潜在的硝化作用(+28%)和细菌amoA功能基因的丰度(+62%)。CO2浓度升高同时添加N和更高的降水量(+116%)增加了潜在的反硝化作用。CO2升高还增加了陆地生态系统中nirK(+25%)和nirS(+27%)功能基因的丰度，增加了农田生态系统中nosZ(+32%)功能基因的丰度。高浓度CO2处理下nosZ丰度在高温和高氮条件下增加较多(+62%)。在14种双向相互作用中，有4种在CO2升高与温度升高、CO2升高与降水增加之间进行了测试，CO2升高是显著的，且主要是协同作用。CO2浓度升高对潜在硝化作用及细菌amoA和nirS功能基因丰度的影响随年平均气温和年平均降水量的增加而增加。因此，该meta分析表明，全球大部分地区的变暖和降水增加可能会加强硝化和反硝化对CO2升高的积极响应，并敦促在热带地区进行更多的研究，并研究多个全球变化因素之间的相互作用，因为目前可能在很大程度上低估了全球变化对土壤N2O排放的影响。图1.本研究包含的观测点数据。图2.在所有陆地生态系统中，CO2升高对硝化和反硝化速率以及硝化和反硝化功能基因的影响(a)以及作为生态系统类型(农田、草地或森林)的函数(b)。图3.CO2升高对土壤N2O排放的影响以及硝化和反硝化微生物活动的假定驱动因素。图4. 在N添加(+N)、温度升高(+T)、降水增加(+W)、干旱(+D)中，CO2单独升高或在其他全球变化因子升高水平下对硝化和反硝化速率(a)、硝化功能基因(b)和反硝化功能基因(c)的影响。图5.CO2升高等全球变化因子对N加量(N)、温度升高(T)和降水增加(W)潜在硝化作用(a)、潜在反硝化作用(b)、古菌amoA功能基因(c)和nosZ功能基因(d)的个体效应和交互作用。图6.CO2升高对细菌amoA和nirS功能基因的潜在硝化速率或丰度的影响大小与试验点年平均温度MAT (a、d、g)、年平均降水MAP (b、e、h)、土壤pH (c、f)和N添加量(i)的关系。图7.图中显示了二氧化碳浓度升高如何改变陆地生态系统中的硝化和反硝化速率以及相关功能基因的丰度。