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成都生物所在高寒森林植物氮素吸收策略研究中获新进展

文章来源:成都生物所 发表时间:2020-08-20

  植物氮(N)素获取策略在调节植物生长和生态系统功能方面发挥着重要作用。通常认为植物对养分的需求和获取主要发生在生长季,而在光合作用不活跃、植物生长缓慢的非生长季,植物对养分的吸收非常有限,这使得有关森林植物氮素获取的研究大多局限于生长季。然而,已有证据表明,植物在非生长季仍然具有相当大的氮吸收能力和养分需求。忽视季节变化可能引起的土壤氮库动态变化和植物氮吸收差异,很大程度上限制了对森林氮养分利用策略和生态系统氮循环的认知水平。 

  基于此,中科院成都生物研究所森林生态过程与调控项目组尹华军研究团队以青藏高原东缘外生菌根真菌高度共生的亚高山针叶林为研究对象,采用原位稳定同位素15N标记技术,通过数学模型评估了生长季节和非生长季节亚高山针叶林对土壤不同形态氮素(NH4+、NO3-和氨基酸)的吸收偏好,并定量分析了不同氮素对植物氮养分吸收的相对贡献。结果表明:1)尽管土壤无机氮是该区森林的主要氮源(土壤NH4+对植物总氮吸收量的贡献率超过50%),但土壤有机态氮(氨基酸)在亚高山森林氮素供应中也发挥了重要作用,是亚高山森林N养分吸收中的一种重要补充氮源,尤其在土壤氮素矿化受限更严重的非生长季(非生长季氨基酸对植物总氮吸收的贡献率高达33.47%,显著高于生长季的9.86%);2)植物对不同形态氮素的吸收偏好呈现出显著的季节动态变化(生长季转向非生长季时,植物对土壤氨基酸的吸收偏好显著增大),表明植物氮素吸收偏好调整可能是该区森林应对季节变化的一种适应性策略;3)通过结构方程模型分析表明,随季节波动的土壤温度诱导了土壤不同形态氮库的动态变化,这直接驱动了植物对不同形态氮素的吸收偏好发生了明显的季节性变化。本研究结果为森林养分吸收具有明显的季节性差异这一观点提供了直接的试验证据,并丰富和提升了对多变环境条件下森林养分获取策略与适应机制的认知水平。 

  上述研究结果近期以“Seasonal variations in plant nitrogen acquisition in an ectomycorrhizal alpine forest on the eastern Tibetan Plateau, China”为题发表在国际土壤学期刊《Plant and Soil》 (2020)上。该论文第一作者为成都生物研究所郭婉玑博士和美国克莱姆森大学张子良博士,通讯作者为尹华军研究员。 

  另外,研究团队前期所开展的一项关于高寒森林根系/菌丝途径调控植物氮吸收的研究也受到了国际同行的广泛关注。2020年6月,应国际土壤学权威期刊《Soil Biology & Biochemistry》主编Karl Ritz教授邀请,森林生态过程与调控项目组张子良博士和尹华军研究员针对该研究中所提出的“根系途径”和“菌丝途径”概念框架、生态学内涵(图2)、以及本研究技术/方法的有效性和适用性进行了深入的讨论。相关内容近期以“Letter to the Editor”的形式发表在《Soil Biology & Biochemistry》 (2020)上,并得到了Karl Ritz教授高度评价。 

  上述研究得到了第二次青藏高原科学考察研究、中科院前沿科学重点项目和国家自然科学基金等项目的联合资助。     

  原文链接1

  原文链接2

   

  图1 亚高山针叶林植物氮素获取的季节性变化概念模型 

   

  图2森林根际和菌丝际及其介导的土壤C-养分过程概念框架示意图 

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