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Global pattern and controls of biological nitrogen fixation under nutrient enrichment: A meta‐analysis
Global Change Biology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2019-06-24 , DOI: 10.1111/gcb.14705 Mianhai Zheng 1, 2, 3, 4 , Zhenghu Zhou 5 , Yiqi Luo 6 , Ping Zhao 1, 2, 3 , Jiangming Mo 1, 2, 3
Global Change Biology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2019-06-24 , DOI: 10.1111/gcb.14705 Mianhai Zheng 1, 2, 3, 4 , Zhenghu Zhou 5 , Yiqi Luo 6 , Ping Zhao 1, 2, 3 , Jiangming Mo 1, 2, 3
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Biological nitrogen (N) fixation (BNF), an important source of N in terrestrial ecosystems, plays a critical role in terrestrial nutrient cycling and net primary productivity. Currently, large uncertainty exists regarding how nutrient availability regulates terrestrial BNF and the drivers responsible for this process. We conducted a global meta‐analysis of terrestrial BNF in response to N, phosphorus (P), and micronutrient (Micro) addition across different biomes (i.e, tropical/subtropical forest, savanna, temperate forest, grassland, boreal forest, and tundra) and explored whether the BNF responses were affected by fertilization regimes (nutrient‐addition rates, duration, and total load) and environmental factors (mean annual temperature [MAT], mean annual precipitation [MAP], and N deposition). The results showed that N addition inhibited terrestrial BNF (by 19.0% (95% confidence interval [CI]: 17.7%‒20.3%); hereafter), Micro addition stimulated terrestrial BNF (30.4% [25.7%‒35.3%]), and P addition had an inconsistent effect on terrestrial BNF, i.e., inhibiting free‐living N fixation (7.5% [4.4%‒10.6%]) and stimulating symbiotic N fixation (85.5% [25.8%‒158.7%]). Furthermore, the response ratios (i.e., effect sizes) of BNF to nutrient addition were smaller in low‐latitude (<30°) biomes (8.5%‒36.9%) than in mid‐/high‐latitude (≥30°) biomes (32.9%‒61.3%), and the sensitivity (defined as the absolute value of response ratios) of BNF to nutrients in mid‐/high‐latitude biomes decreased with decreasing latitude (p ≤ 0.009; linear/logarithmic regression models). Fertilization regimes did not affect this phenomenon (p > 0.05), but environmental factors did affect it (p < 0.001) because MAT, MAP, and N deposition accounted for 5%‒14%, 10%‒32%, and 7%‒18% of the variance in the BNF response ratios in cold (MAT < 15°C), low‐rainfall (MAP < 2,500 mm), and low‐N‐deposition (<7 kg ha−1 year−1) biomes, respectively. Overall, our meta‐analysis depicts a global pattern of nutrient impacts on terrestrial BNF and indicates that certain types of global change (i.e., warming, elevated precipitation and N deposition) may reduce the sensitivity of BNF in response to nutrient enrichment in mid‐/high‐latitude biomes.
中文翻译：
养分富集下生物固氮的总体模式和控制：一项荟萃分析
生物固氮（BNF）是陆地生态系统中N的重要来源，在陆地养分循环和净初级生产力中起着至关重要的作用。目前，关于营养物的利用如何调节陆地BNF以及造成这一过程的驱动因素，存在很大的不确定性。我们对不同生物群落（即热带/亚热带森林，热带稀树草原，温带森林，草原，北方森林和冻原）中氮，磷（P）和微量营养素（微量）添加的响应进行了陆地BNF的全球荟萃分析。并探讨了BNF响应是否受施肥方式（养分添加速率，持续时间和总负荷）和环境因素（平均年温度[MAT]，年平均降水量[MAP]和氮沉降）的影响。结果表明，氮添加抑制了陆地BNF（降低了19.0％（95％置信区间[CI]：17.7％‒20.3％；此后），微量添加抑制了陆地BNF（30.4％[25.7％‒35.3％]），并且磷的添加对陆地BNF的作用不一致，即抑制自由活动的N固定（7.5％[4.4％‒10.6％]）和刺激共生的N固定（85.5％[25.8％‒158.7％]）。此外，低纬度（<30°）生物群落中BNF对养分添加的响应率（即效应大小）要比中高纬度（≥30°）生物群落中的响应比率（8.5％sizes36.9％）小（ 32.9％‒61.3％），并且中/高纬度生物群落中BNF对养分的敏感性（定义为响应比的绝对值）随着纬度的降低而降低（7％‒35.3％]），而添加P对陆生BNF的效果却不一致，即抑制自由活动的N固着（7.5％[4.4％‒10.6％]）和刺激共生的N固着（85.5％[25.8％‒]）。 158.7％]）。此外，低纬度（<30°）生物群落中BNF对养分添加的响应率（即效应大小）要比中高纬度（≥30°）生物群落中的响应比率（8.5％sizes36.9％）小（ 32.9％‒61.3％），并且中/高纬度生物群落中BNF对养分的敏感性（定义为响应比的绝对值）随着纬度的降低而降低（7％‒35.3％]），而添加P对陆生BNF的效果却不一致，即抑制自由活动的N固着（7.5％[4.4％‒10.6％]）和刺激共生的N固着（85.5％[25.8％‒]）。 158.7％]）。此外，低纬度（<30°）生物群落中BNF对养分添加的响应率（即效应大小）要比中高纬度（≥30°）生物群落中的响应比率（8.5％sizes36.9％）小（ 32.9％‒61.3％），并且中/高纬度生物群落中BNF对养分的敏感性（定义为响应比的绝对值）随着纬度的降低而降低（p ≤0.009; 线性/对数回归模型）。施肥方式不影响这一现象（p > 0.05），但是环境因素也影响它（p <0.001），因为MAT，MAP和N沉积占5％-14％，10％-32％，和7％ -低温（MAT <15°C），低降雨（MAP <2,500 mm）和低N沉降（<7 kg ha - 1 年-1）生物群落中BNF响应率方差的18％。总体而言，我们的荟萃分析描绘了养分对陆地BNF影响的全球模式，并表明某些类型的全球变化（例如，变暖，降水增加和氮沉降）可能会降低BNF对中/后期养分富集的敏感性。高纬度生物群落。
更新日期：2019-06-24
中文翻译：
养分富集下生物固氮的总体模式和控制：一项荟萃分析
生物固氮（BNF）是陆地生态系统中N的重要来源，在陆地养分循环和净初级生产力中起着至关重要的作用。目前，关于营养物的利用如何调节陆地BNF以及造成这一过程的驱动因素，存在很大的不确定性。我们对不同生物群落（即热带/亚热带森林，热带稀树草原，温带森林，草原，北方森林和冻原）中氮，磷（P）和微量营养素（微量）添加的响应进行了陆地BNF的全球荟萃分析。并探讨了BNF响应是否受施肥方式（养分添加速率，持续时间和总负荷）和环境因素（平均年温度[MAT]，年平均降水量[MAP]和氮沉降）的影响。结果表明，氮添加抑制了陆地BNF（降低了19.0％（95％置信区间[CI]：17.7％‒20.3％；此后），微量添加抑制了陆地BNF（30.4％[25.7％‒35.3％]），并且磷的添加对陆地BNF的作用不一致，即抑制自由活动的N固定（7.5％[4.4％‒10.6％]）和刺激共生的N固定（85.5％[25.8％‒158.7％]）。此外，低纬度（<30°）生物群落中BNF对养分添加的响应率（即效应大小）要比中高纬度（≥30°）生物群落中的响应比率（8.5％sizes36.9％）小（ 32.9％‒61.3％），并且中/高纬度生物群落中BNF对养分的敏感性（定义为响应比的绝对值）随着纬度的降低而降低（7％‒35.3％]），而添加P对陆生BNF的效果却不一致，即抑制自由活动的N固着（7.5％[4.4％‒10.6％]）和刺激共生的N固着（85.5％[25.8％‒]）。 158.7％]）。此外，低纬度（<30°）生物群落中BNF对养分添加的响应率（即效应大小）要比中高纬度（≥30°）生物群落中的响应比率（8.5％sizes36.9％）小（ 32.9％‒61.3％），并且中/高纬度生物群落中BNF对养分的敏感性（定义为响应比的绝对值）随着纬度的降低而降低（7％‒35.3％]），而添加P对陆生BNF的效果却不一致，即抑制自由活动的N固着（7.5％[4.4％‒10.6％]）和刺激共生的N固着（85.5％[25.8％‒]）。 158.7％]）。此外，低纬度（<30°）生物群落中BNF对养分添加的响应率（即效应大小）要比中高纬度（≥30°）生物群落中的响应比率（8.5％sizes36.9％）小（ 32.9％‒61.3％），并且中/高纬度生物群落中BNF对养分的敏感性（定义为响应比的绝对值）随着纬度的降低而降低（p ≤0.009; 线性/对数回归模型）。施肥方式不影响这一现象（p > 0.05），但是环境因素也影响它（p <0.001），因为MAT，MAP和N沉积占5％-14％，10％-32％，和7％ -低温（MAT <15°C），低降雨（MAP <2,500 mm）和低N沉降（<7 kg ha - 1 年-1）生物群落中BNF响应率方差的18％。总体而言，我们的荟萃分析描绘了养分对陆地BNF影响的全球模式，并表明某些类型的全球变化（例如，变暖，降水增加和氮沉降）可能会降低BNF对中/后期养分富集的敏感性。高纬度生物群落。
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