沈陽(yáng)生態(tài)所揭示東北地區(qū)主要針葉樹(shù)種成年大樹(shù)氮吸收策略
沈陽(yáng)生態(tài)所揭示東北地區(qū)主要針葉樹(shù)種成年大樹(shù)氮吸收策略
氮是限制陸生植物生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)元素。植物可利用土壤中的無(wú)機(jī)態(tài)氮，如銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和可溶解有機(jī)氮以維持生長(zhǎng)和調(diào)節(jié)光合作用等。不同森林植物對(duì)不同形態(tài)的氮并非均等利用，氮吸收策略是影響森林生產(chǎn)力和維持生物多樣性的重要機(jī)制。以往研究多認(rèn)為針葉樹(shù)種偏好吸收銨態(tài)氮，然而這些研究主要利用水培實(shí)驗(yàn)對(duì)幼苗或幼齡樹(shù)的細(xì)根進(jìn)行研究，忽略了土壤微生物對(duì)于銨態(tài)氮的競(jìng)爭(zhēng)以及土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)氮素的固持作用，不能真實(shí)反映野外成年大樹(shù)氮利用特點(diǎn)。
基于此，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)首次建立了成年大樹(shù)原位15N成對(duì)標(biāo)記法（圖1），揭示了東北地區(qū)四個(gè)主要針葉樹(shù)種（紅松、云杉、樟子松和落葉松）成年大樹(shù)氮吸收策略。研究發(fā)現(xiàn)這四個(gè)針葉樹(shù)種均表現(xiàn)出對(duì)硝態(tài)氮的高效吸收，占總氮吸收的39~90%（圖2），不同于以往水培實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的針葉樹(shù)種偏好吸收銨態(tài)氮（55~98%）的結(jié)論。本研究首創(chuàng)的成年大樹(shù)原位15N成對(duì)標(biāo)記法研究植物氮吸收偏好充分考慮了土壤微生物和非生物過(guò)程對(duì)土壤氮素的競(jìng)爭(zhēng)和固持作用，真實(shí)反映成年大樹(shù)原位氮利用特點(diǎn)。另外，從植物養(yǎng)分供給和吸收角度來(lái)看，針葉樹(shù)種對(duì)硝態(tài)氮的高效利用能力暗示氮沉降加劇和硝態(tài)氮比例增加未必對(duì)其生長(zhǎng)不利，我們可能需要重新評(píng)估針葉樹(shù)種對(duì)全球變化的響應(yīng)和適應(yīng)性，為模型預(yù)測(cè)和森林養(yǎng)分管理提供數(shù)據(jù)和機(jī)制更新。未來(lái)我們將對(duì)更多的針葉和闊葉樹(shù)種進(jìn)行類(lèi)似的研究以檢驗(yàn)森林植物硝態(tài)氮利用是否具有普遍性。?
該成果以“Mature conifers could assimilate nitrate as efficiently as ammonium from soils in four forest plantations”為題發(fā)表于植物學(xué)權(quán)威期刊New Phytologist（DOI: 10.1111/nph.17110，IF = 8.5）。方運(yùn)霆研究員與東北大學(xué)李英華教授為共同通訊作者，我所與東北大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生周煦倫與穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)組助理研究員王盎為共同第一作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、興遼英才項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金資助。
圖1 成年大樹(shù)原位15N成對(duì)標(biāo)記法示意圖
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圖2銨態(tài)氮和硝態(tài)氮對(duì)四種主要針葉樹(shù)種的吸收貢獻(xiàn)
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