Temperature sensitivity of woody nitrogen fixation across species and growing temperatures

固氮 生物圈 共生 生态系统 生物 光合作用 固定(群体遗传学) 固碳 固氮酶 气候变化 生态学 氮气 植物 化学 生物化学 细菌 基因 遗传学 有机化学
作者
Thomas A. Bytnerowicz,Palani R. Akana,Kevin L. Griffin,Duncan N. L. Menge
出处
期刊:Nature plants [Springer Nature]
卷期号:8 (3): 209-216 被引量:31
标识
DOI:10.1038/s41477-021-01090-x
摘要

The future of the land carbon sink depends on the availability of nitrogen (N)1,2 and, specifically, on symbiotic N fixation3,4,5,6,7,8, which can rapidly alleviate N limitation. The temperature response of symbiotic N fixation has been hypothesized to explain the global distribution of N-fixing trees9,10 and is a key part of some terrestrial biosphere models (TBMs)3,7,8, yet there are few data to constrain the temperature response of symbiotic N fixation. Here we show that optimal temperatures for N fixation in four tree symbioses are in the range 29.0–36.9 °C, well above the 25.2 °C optimum currently used by TBMs. The shape of the response to temperature is also markedly different to the function used by TBMs (asymmetric rather than symmetric). We also show that N fixation acclimates to growing temperature (hence its range of optimal temperatures), particularly in our two tropical symbioses. Surprisingly, optimal temperatures were 5.2 °C higher for N fixation than for photosynthesis, suggesting that plant carbon and N gain are decoupled with respect to temperature. These findings may help explain why N-fixing tree abundance is highest where annual maximum temperatures are >35 °C (ref. 10) and why N-fixing symbioses evolved during a warm period in the Earth’s history11,12. Everything else being equal, our findings indicate that climate warming will probably increase N fixation, even in tropical ecosystems, in direct contrast to past projections8.
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