Published January 14, 2022 | Version v1
Publication Open

Comparative Microbial Nitrogen Functional Gene Abundances in the Topsoil vs. Subsoil of Three Grassland Habitats in Northern China

Creators

  • 1. Nanjing Normal University
  • 2. Research Center for Eco-Environmental Sciences
  • 3. Chinese Academy of Sciences
  • 4. University of Chinese Academy of Sciences
  • 5. Farmland Irrigation Research Institute
  • 6. Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application
  • 7. Institute of Botany

Description

The microbial groups of nitrogen fixers, ammonia oxidizers, and denitrifiers play vital roles in driving the nitrogen cycle in grassland ecosystems. However, the understanding of the abundance and distribution of these functional microorganisms as well as their driving factors were limited mainly to topsoil. In this study, the abundances of nitrogen functional genes (NFGs) involved in nitrogen fixation (nifH), ammonia oxidation (amoA), and denitrification (nirK, nirS, and nosZ) were investigated in both topsoil (0-10 cm, soil layer with concentrated root) and subsoil (30-40 cm, soil layer with spare root) of three grassland habitats in northern China. The abundance of NFGs decreased with soil depth except for the archaeal amoA gene and the distribution of nifH, archaeal amoA, nirK, and nirS gene was significantly impacted by grassland habitats. Moreover, the distribution of NFGs was more responsive to the vertical difference than horizontal spatial heterogeneity. Redundancy analysis revealed that the distribution pattern of overall NFGs was regulated by grassland habitats, and these regulations were more obvious in the subsoil than in the topsoil. Variance partitioning analysis further indicated that soil resource supply (e.g., organic matter) may control the vertical distribution of NFGs. Taken together, the findings in this study could fundamentally improve our understanding of the distribution of N cycling-associated microorganisms across a vertical scale, which would be useful for predicting the soil N availability and guiding the soil N management in grassland ecosystems.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تلعب المجموعات الميكروبية من مثبتات النيتروجين ومؤكسدات الأمونيا ومزيلات النتروجين أدوارًا حيوية في قيادة دورة النيتروجين في النظم الإيكولوجية للأراضي العشبية. ومع ذلك، فإن فهم وفرة وتوزيع هذه الكائنات الحية الدقيقة الوظيفية وكذلك عوامل قيادتها اقتصر بشكل أساسي على التربة السطحية. في هذه الدراسة، تم فحص وفرة الجينات الوظيفية النيتروجينية (NFGs) المشاركة في تثبيت النيتروجين (nifH) وأكسدة الأمونيا (amoA) وإزالة النتروجين (nirK و nirS و nosZ) في كل من التربة السطحية (0-10 سم، طبقة التربة ذات الجذر المركز) وباطن الأرض (30-40 سم، طبقة التربة ذات الجذر الاحتياطي) لثلاثة موائل عشبية في شمال الصين. انخفضت وفرة NFGs مع عمق التربة باستثناء جين amoA العتيق، وقد تأثر توزيع الجين nifH و amoA العتيق و nirK و nirS بشكل كبير بموائل الأراضي العشبية. علاوة على ذلك، كان توزيع NFGs أكثر استجابة للفرق الرأسي من عدم التجانس المكاني الأفقي. كشف تحليل التكرار أن نمط توزيع الغازات المهددة بالانفجار الكلي كان منظمًا بواسطة موائل الأراضي العشبية، وكانت هذه اللوائح أكثر وضوحًا في التربة التحتية منها في التربة السطحية. كما أشار تحليل تقسيم التباين إلى أن إمدادات موارد التربة (على سبيل المثال، المواد العضوية) قد تتحكم في التوزيع الرأسي للغازات غير الغازية. يمكن للنتائج في هذه الدراسة مجتمعة أن تحسن بشكل أساسي فهمنا لتوزيع الكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بالدراجات عبر مقياس رأسي، والذي سيكون مفيدًا للتنبؤ بتوافر التربة وتوجيه إدارة التربة في النظم الإيكولوجية للأراضي العشبية.

Translated Description (French)

Les groupes microbiens de fixateurs d'azote, d'oxydants d'ammoniac et de dénitrifiants jouent un rôle vital dans le cycle de l'azote dans les écosystèmes des prairies. Cependant, la compréhension de l'abondance et de la distribution de ces micro-organismes fonctionnels ainsi que de leurs facteurs moteurs se limitait principalement à la couche arable. Dans cette étude, les abondances de gènes fonctionnels de l'azote (NFG) impliqués dans la fixation de l'azote (nifH), l'oxydation de l'ammoniac (amoA) et la dénitrification (nirK, nirS et nosZ) ont été étudiées à la fois dans la couche arable (0-10 cm, couche de sol avec racine concentrée) et dans le sous-sol (30-40 cm, couche de sol avec racine de rechange) de trois habitats de prairies dans le nord de la Chine. L'abondance des NFG diminuait avec la profondeur du sol, à l'exception du gène amoA archéen et la distribution des gènes nifH, amoA archéal, nirK et nirS était significativement affectée par les habitats des prairies. De plus, la distribution des NFG était plus sensible à la différence verticale qu'à l'hétérogénéité spatiale horizontale. L'analyse de redondance a révélé que le schéma de distribution de l'ensemble des NFG était réglementé par les habitats des prairies, et que ces réglementations étaient plus évidentes dans le sous-sol que dans la couche arable. L'analyse de la répartition de la variance a en outre indiqué que l'approvisionnement en ressources du sol (par exemple, la matière organique) peut contrôler la distribution verticale des NFG. Pris ensemble, les résultats de cette étude pourraient fondamentalement améliorer notre compréhension de la distribution des micro-organismes associés au cycle de l'azote à une échelle verticale, ce qui serait utile pour prédire la disponibilité de l'azote du sol et guider la gestion de l'azote du sol dans les écosystèmes des prairies.

Translated Description (Spanish)

Los grupos microbianos de fijadores de nitrógeno, oxidantes de amoníaco y desnitrificadores desempeñan un papel vital en la conducción del ciclo del nitrógeno en los ecosistemas de pastizales. Sin embargo, la comprensión de la abundancia y distribución de estos microorganismos funcionales, así como sus factores impulsores, se limitaron principalmente a la capa superior del suelo. En este estudio, se investigaron las abundancias de genes funcionales de nitrógeno (NFG) involucrados en la fijación de nitrógeno (nifH), la oxidación de amoníaco (amoA) y la desnitrificación (nirK, nirS y nosZ) tanto en la capa superior del suelo (0-10 cm, capa de suelo con raíz concentrada) como en el subsuelo (30-40 cm, capa de suelo con raíz de repuesto) de tres hábitats de pastizales en el norte de China. La abundancia de NFG disminuyó con la profundidad del suelo, excepto por el gen amoA de las arqueas y la distribución del gen nifH, amoA de las arqueas, nirK y nirS se vio significativamente afectada por los hábitats de pastizales. Además, la distribución de los NFG fue más sensible a la diferencia vertical que a la heterogeneidad espacial horizontal. El análisis de redundancia reveló que el patrón de distribución de los NFG en general estaba regulado por los hábitats de pastizales, y estas regulaciones eran más obvias en el subsuelo que en la capa superior del suelo. El análisis de partición de la varianza indicó además que el suministro de recursos del suelo (por ejemplo, materia orgánica) puede controlar la distribución vertical de los NFG. En conjunto, los hallazgos de este estudio podrían mejorar fundamentalmente nuestra comprensión de la distribución de microorganismos asociados al ciclo de N a través de una escala vertical, lo que sería útil para predecir la disponibilidad de N del suelo y guiar el manejo del N del suelo en los ecosistemas de pastizales.

Files

pdf.pdf

Files (3.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:3198413735dbff4edb8d7502d67ddbc7
3.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مقارنة وفرة الجينات الوظيفية للنيتروجين الميكروبي في التربة السطحية مقابل التربة التحتية لثلاث موائل عشبية في شمال الصين
Translated title (French)
Comparaison de l'abondance des gènes fonctionnels de l'azote microbien dans la couche arable par rapport au sous-sol de trois habitats de prairies dans le nord de la Chine
Translated title (Spanish)
Abundancias genéticas microbianas funcionales de nitrógeno comparativas en la capa superior del suelo frente al subsuelo de tres hábitats de pastizales en el norte de China

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4210405141
DOI
10.3389/fpls.2021.792002

Is supplement to
https://openalex.org/W2883139762 (Other)
https://openalex.org/W2088917074 (Other)
https://openalex.org/W2077960828 (Other)
https://openalex.org/W2069999790 (Other)
https://openalex.org/W2059564095 (Other)
https://openalex.org/W2048712362 (Other)
https://openalex.org/W2029597891 (Other)
https://openalex.org/W2023716556 (Other)
https://openalex.org/W2016209990 (Other)
https://openalex.org/W1996274509 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W141139871
  • https://openalex.org/W1534233155
  • https://openalex.org/W1559851584
  • https://openalex.org/W1752721668
  • https://openalex.org/W1916694170
  • https://openalex.org/W1920295170
  • https://openalex.org/W1941648071
  • https://openalex.org/W1968153005
  • https://openalex.org/W1981977817
  • https://openalex.org/W1985772484
  • https://openalex.org/W1987092995
  • https://openalex.org/W1989937096
  • https://openalex.org/W2012670335
  • https://openalex.org/W2018919105
  • https://openalex.org/W2035055175
  • https://openalex.org/W2052082268
  • https://openalex.org/W2054004222
  • https://openalex.org/W2054088758
  • https://openalex.org/W2056451184
  • https://openalex.org/W2058238925
  • https://openalex.org/W2076357709
  • https://openalex.org/W2082162649
  • https://openalex.org/W2090812818
  • https://openalex.org/W2108823744
  • https://openalex.org/W2114027222
  • https://openalex.org/W2118001436
  • https://openalex.org/W2118561315
  • https://openalex.org/W2119472607
  • https://openalex.org/W2120460465
  • https://openalex.org/W2123388186
  • https://openalex.org/W2123416613
  • https://openalex.org/W2123890146
  • https://openalex.org/W2130698549
  • https://openalex.org/W2131873925
  • https://openalex.org/W2133456584
  • https://openalex.org/W2139710790
  • https://openalex.org/W2139774691
  • https://openalex.org/W2141734152
  • https://openalex.org/W2154221975
  • https://openalex.org/W2154736508
  • https://openalex.org/W2159237163
  • https://openalex.org/W2159593578
  • https://openalex.org/W2160917602
  • https://openalex.org/W2165104590
  • https://openalex.org/W2165286232
  • https://openalex.org/W2166822119
  • https://openalex.org/W2178169754
  • https://openalex.org/W2237961831
  • https://openalex.org/W2286444721
  • https://openalex.org/W2404914974
  • https://openalex.org/W2439070642
  • https://openalex.org/W2477618789
  • https://openalex.org/W2507242845
  • https://openalex.org/W2517330048
  • https://openalex.org/W2537506027
  • https://openalex.org/W2547669832
  • https://openalex.org/W2560724844
  • https://openalex.org/W2563320839
  • https://openalex.org/W2593705688
  • https://openalex.org/W2612208154
  • https://openalex.org/W2612559588
  • https://openalex.org/W2618370556
  • https://openalex.org/W2748607273
  • https://openalex.org/W2770433344
  • https://openalex.org/W2770450812
  • https://openalex.org/W2776254904
  • https://openalex.org/W2792467499
  • https://openalex.org/W2794262965
  • https://openalex.org/W2808867453
  • https://openalex.org/W2890754140
  • https://openalex.org/W2896589265
  • https://openalex.org/W2900415191
  • https://openalex.org/W2931101311
  • https://openalex.org/W2963424025
  • https://openalex.org/W2978187636
  • https://openalex.org/W3017366446
  • https://openalex.org/W3019824039
  • https://openalex.org/W3038878090
  • https://openalex.org/W3085719087
  • https://openalex.org/W3166341906
  • https://openalex.org/W3203509868
  • https://openalex.org/W572314627