The soil carbon cycle determined by GeoChip 5.0 in sugarcane and soybean intercropping systems with reduced nitrogen input in South China
- 1. South China Agricultural University
- 2. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
- 3. Key Laboratory of Guangdong Province
Description
Agricultural soil is the most important carbon (C) pool on the Earth's surface and is also a source or sink of greenhouse gases. The C cycle is one of the important biogeochemical processes in the agroecosystem and requires microorganisms to participate in many of the important C cycling pathways, such as C fixation, C degradation, and methane metabolism. Insight into the functions of microbial communities in the C cycle can provide a better understanding of the response and feedback of soil microbes with respect to global climate change. The microarray GeoChip 5.0 was used in this study to detect the specific genes linking C cycling and soil microbial-mediated processes and to evaluate the abundance, diversity and similarity of the detected genes responding to different nitrogen (N) application levels under intercropping treatment. Our results indicated that compositional changes in soil microbial communities elicited by N input have functional implications for C cycling and storage in agroecosystems. We further identified a sugarcane (Saccharum officinarum) field as a C sink in this intercropping system, in which sugarcane/soybean (Glycine max) (1:2) strip intercropping (SB2) at the N1 application rate (SB2-N1) had the largest C sequestration potential and net C balance among all the treatments. Most of the functional genes involved in C cycling with regards to fixation and degradation were separately identified after 4 years of N fertilization and intercropping treatments, and environmental factors were central in shaping the functional gene structure related to the C cycles. Overall, our results suggested that reduced N application combined with intercropping treatment mediates ecosystem functions and may have profound feedback effects on global climate change.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
التربة الزراعية هي أهم تجمع للكربون (C) على سطح الأرض وهي أيضًا مصدر أو بالوعة لغازات الدفيئة. تعد الدورة (ج) واحدة من العمليات الكيميائية الجيولوجية الحيوية المهمة في النظام الإيكولوجي الزراعي وتتطلب مشاركة الكائنات الحية الدقيقة في العديد من مسارات الدورة (ج) المهمة، مثل التثبيت (ج)، والتحلل (ج)، واستقلاب الميثان. يمكن أن توفر نظرة ثاقبة على وظائف المجتمعات الميكروبية في الدورة جيم فهماً أفضل لاستجابة ميكروبات التربة وتعليقاتها فيما يتعلق بتغير المناخ العالمي. تم استخدام المصفوفة الدقيقة GeoChip 5.0 في هذه الدراسة للكشف عن الجينات المحددة التي تربط بين الدورة C والعمليات التي تتم بوساطة الميكروبات في التربة ولتقييم وفرة وتنوع وتشابه الجينات المكتشفة التي تستجيب لمستويات تطبيق النيتروجين المختلفة (N) في إطار المعالجة البينية. أشارت نتائجنا إلى أن التغيرات التركيبية في المجتمعات الميكروبية للتربة الناتجة عن مدخلات N لها آثار وظيفية على التدوير والتخزين في النظم الإيكولوجية الزراعية. حددنا كذلك حقل قصب السكر (Saccharum officinarum) كمغسلة ج في نظام الزراعة البينية هذا، حيث كان لقصب السكر/فول الصويا (جلايسين ماكس) (1:2) الزراعة البينية الشريطية (SB2) بمعدل تطبيق N1 (SB2 - N1) أكبر احتمال لعزل C وصافي توازن C بين جميع العلاجات. تم تحديد معظم الجينات الوظيفية المشاركة في الدورة C فيما يتعلق بالتثبيت والتحلل بشكل منفصل بعد 4 سنوات من الإخصاب N والعلاجات البينية، وكانت العوامل البيئية أساسية في تشكيل البنية الجينية الوظيفية المتعلقة بالدورات C. بشكل عام، أشارت نتائجنا إلى أن تطبيق N المخفض جنبًا إلى جنب مع المعالجة البينية يتوسط وظائف النظام البيئي وقد يكون له آثار عميقة على تغير المناخ العالمي.Translated Description (French)
Le sol agricole est le plus important réservoir de carbone (C) à la surface de la Terre et constitue également une source ou un puits de gaz à effet de serre. Le cycle du C est l'un des processus biogéochimiques importants de l'agroécosystème et nécessite que les micro-organismes participent à de nombreuses voies importantes du cycle du C, telles que la fixation du C, la dégradation du C et le métabolisme du méthane. Un aperçu des fonctions des communautés microbiennes dans le cycle C peut permettre de mieux comprendre la réponse et la rétroaction des microbes du sol en ce qui concerne le changement climatique mondial. Le microréseau GeoChip 5.0 a été utilisé dans cette étude pour détecter les gènes spécifiques reliant le cycle C et les processus à médiation microbienne du sol et pour évaluer l'abondance, la diversité et la similitude des gènes détectés répondant à différents niveaux d'application d'azote (N) sous traitement interculturel. Nos résultats ont indiqué que les changements de composition dans les communautés microbiennes du sol provoqués par l'apport d'azote ont des implications fonctionnelles pour le cycle du carbone et le stockage dans les agroécosystèmes. Nous avons en outre identifié un champ de canne à sucre (Saccharum officinarum) comme puits de C dans ce système de culture intercalaire, dans lequel la culture intercalaire en bandes (SB2) de canne à sucre/soja (Glycine max) (1:2) au taux d'application N1 (SB2-N1) avait le plus grand potentiel de séquestration de C et l'équilibre net de C parmi tous les traitements. La plupart des gènes fonctionnels impliqués dans le cycle C en ce qui concerne la fixation et la dégradation ont été identifiés séparément après 4 ans de traitements de fertilisation N et de culture intercalaire, et les facteurs environnementaux ont joué un rôle central dans la formation de la structure génique fonctionnelle liée aux cycles C. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent qu'une application réduite d'azote combinée à un traitement intercalaire médiatise les fonctions de l'écosystème et peut avoir de profonds effets de rétroaction sur le changement climatique mondial.Translated Description (Spanish)
El suelo agrícola es el depósito de carbono (C) más importante en la superficie de la Tierra y también es una fuente o sumidero de gases de efecto invernadero. El ciclo C es uno de los procesos biogeoquímicos importantes en el agroecosistema y requiere que los microorganismos participen en muchas de las vías importantes del ciclo C, como la fijación de C, la degradación de C y el metabolismo del metano. El conocimiento de las funciones de las comunidades microbianas en el ciclo C puede proporcionar una mejor comprensión de la respuesta y la retroalimentación de los microbios del suelo con respecto al cambio climático global. El microarray GeoChip 5.0 se utilizó en este estudio para detectar los genes específicos que vinculan el ciclo C y los procesos mediados por microbios del suelo y para evaluar la abundancia, diversidad y similitud de los genes detectados que responden a diferentes niveles de aplicación de nitrógeno (N) bajo tratamiento de cultivo intercalado. Nuestros resultados indicaron que los cambios de composición en las comunidades microbianas del suelo provocados por la entrada de N tienen implicaciones funcionales para el ciclo de C y el almacenamiento en los agroecosistemas. Además, identificamos un campo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) como sumidero de C en este sistema de cultivo intercalado, en el que el cultivo intercalado de caña de azúcar/soja (Glycine max) (1:2) (SB2) a la tasa de aplicación N1 (SB2-N1) tuvo el mayor potencial de secuestro de C y balance neto de C entre todos los tratamientos. La mayoría de los genes funcionales involucrados en el ciclo C con respecto a la fijación y degradación se identificaron por separado después de 4 años de fertilización con N y tratamientos de cultivos intercalados, y los factores ambientales fueron fundamentales en la configuración de la estructura génica funcional relacionada con los ciclos C. En general, nuestros resultados sugirieron que la aplicación reducida de N combinada con el tratamiento intercalado media las funciones del ecosistema y puede tener profundos efectos de retroalimentación sobre el cambio climático global.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- دورة كربون التربة التي حددتها GeoChip 5.0 في أنظمة زراعة قصب السكر وفول الصويا مع انخفاض مدخلات النيتروجين في جنوب الصين
- Translated title (French)
- Le cycle du carbone du sol déterminé par GeoChip 5.0 dans les systèmes de culture intercalaire de canne à sucre et de soja avec un apport réduit en azote dans le sud de la Chine
- Translated title (Spanish)
- El ciclo del carbono del suelo determinado por GeoChip 5.0 en los sistemas de cultivo intercalado de caña de azúcar y soja con un aporte reducido de nitrógeno en el sur de China
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3027957781
- DOI
- 10.1016/j.apsoil.2020.103653
References
- https://openalex.org/W1647107854
- https://openalex.org/W1855544175
- https://openalex.org/W1973370235
- https://openalex.org/W1975917157
- https://openalex.org/W1986319286
- https://openalex.org/W1987999325
- https://openalex.org/W1988299184
- https://openalex.org/W1988429087
- https://openalex.org/W1992589011
- https://openalex.org/W2004432682
- https://openalex.org/W2004906793
- https://openalex.org/W2005042772
- https://openalex.org/W2005161529
- https://openalex.org/W2014917408
- https://openalex.org/W2020988220
- https://openalex.org/W2033378871
- https://openalex.org/W2035759402
- https://openalex.org/W2041486862
- https://openalex.org/W2041635223
- https://openalex.org/W2048113915
- https://openalex.org/W2052423822
- https://openalex.org/W2062307117
- https://openalex.org/W2073933564
- https://openalex.org/W2093195191
- https://openalex.org/W2105507854
- https://openalex.org/W2110046114
- https://openalex.org/W2113819507
- https://openalex.org/W2113988620
- https://openalex.org/W2130992950
- https://openalex.org/W2144189317
- https://openalex.org/W2152331442
- https://openalex.org/W2163950563
- https://openalex.org/W2168722917
- https://openalex.org/W2168844621
- https://openalex.org/W2170041887
- https://openalex.org/W2178353931
- https://openalex.org/W2210302289
- https://openalex.org/W2354064285
- https://openalex.org/W2431066635
- https://openalex.org/W2518663743
- https://openalex.org/W2754879044
- https://openalex.org/W2765848665
- https://openalex.org/W2792393408
- https://openalex.org/W2792530735
- https://openalex.org/W2886594856
- https://openalex.org/W2898289783
- https://openalex.org/W2901143308
- https://openalex.org/W2938059881
- https://openalex.org/W2944659662
- https://openalex.org/W4230358908
- https://openalex.org/W578066305