Moderate precipitation reduction enhances nitrogen cycling and soil nitrous oxide emissions in a semi‐arid grassland

环境科学 氮气循环 自行车 一氧化二氮 降水 草原 农学 干旱 水文学(农业) 氮气 生态学 化学 林业 地质学 地理 生物 气象学 有机化学 岩土工程
作者
Kangcheng Zhang,Yunpeng Qiu,Yunfeng Zhao,Shuhong Wang,Jun Deng,Mengfei Chen,Xinyu Xu,Hao Wang,Tongshuo Bai,Tangqing He,Yi Zhang,Huaihai Chen,Yi Wang,Shuijin Hu
出处
期刊:Global Change Biology [Wiley]
卷期号:29 (11): 3114-3129 被引量:30
标识
DOI:10.1111/gcb.16672
摘要

The ongoing climate change is predicted to induce more weather extremes such as frequent drought and high-intensity precipitation events, causing more severe drying-rewetting cycles in soil. However, it remains largely unknown how these changes will affect soil nitrogen (N)-cycling microbes and the emissions of potent greenhouse gas nitrous oxide (N2 O). Utilizing a field precipitation manipulation in a semi-arid grassland on the Loess Plateau, we examined how precipitation reduction (ca. -30%) influenced soil N2 O and carbon dioxide (CO2 ) emissions in field, and in a complementary lab-incubation with simulated drying-rewetting cycles. Results obtained showed that precipitation reduction stimulated plant root turnover and N-cycling processes, enhancing soil N2 O and CO2 emissions in field, particularly after each rainfall event. Also, high-resolution isotopic analyses revealed that field soil N2 O emissions primarily originated from nitrification process. The incubation experiment further showed that in field soils under precipitation reduction, drying-rewetting stimulated N mineralization and ammonia-oxidizing bacteria in favor of genera Nitrosospira and Nitrosovibrio, increasing nitrification and N2 O emissions. These findings suggest that moderate precipitation reduction, accompanied with changes in drying-rewetting cycles under future precipitation scenarios, may enhance N cycling processes and soil N2 O emissions in semi-arid ecosystems, feeding positively back to the ongoing climate change.
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