成都生物所在高寒森林植物氮素吸收策略研究中獲新進展

文章来源:成都生物所 发表时间:2020-08-20

  植物氮(N)素獲取策略在調節植物生長和生態系統功能方面發揮著重要作用。通常認爲植物對養分的需求和獲取主要發生在生長季,而在光合作用不活躍、植物生長緩慢的非生長季,植物對養分的吸收非常有限,這使得有關森林植物氮素獲取的研究大多局限于生長季。然而,已有證據表明,植物在非生長季仍然具有相當大的氮吸收能力和養分需求。忽視季節變化可能引起的土壤氮庫動態變化和植物氮吸收差異,很大程度上限制了對森林氮養分利用策略和生態系統氮循環的認知水平。 

  基于此,中科院成都生物研究所森林生態過程與調控項目組尹華軍研究團隊以青藏高原東緣外生菌根真菌高度共生的亞高山針葉林爲研究對象,采用原位穩定同位素15N標記技術,通過數學模型評估了生長季節和非生長季節亞高山針葉林對土壤不同形態氮素(NH4+、NO3-和氨基酸)的吸收偏好,並定量分析了不同氮素對植物氮養分吸收的相對貢獻。結果表明:1)盡管土壤無機氮是該區森林的主要氮源(土壤NH4+對植物總氮吸收量的貢獻率超過50%),但土壤有機態氮(氨基酸)在亞高山森林氮素供應中也發揮了重要作用,是亞高山森林N養分吸收中的一種重要補充氮源,尤其在土壤氮素礦化受限更嚴重的非生長季(非生長季氨基酸對植物總氮吸收的貢獻率高達33.47%,顯著高于生長季的9.86%);2)植物對不同形態氮素的吸收偏好呈現出顯著的季節動態變化(生長季轉向非生長季時,植物對土壤氨基酸的吸收偏好顯著增大),表明植物氮素吸收偏好調整可能是該區森林應對季節變化的一種適應性策略;3)通過結構方程模型分析表明,隨季節波動的土壤溫度誘導了土壤不同形態氮庫的動態變化,這直接驅動了植物對不同形態氮素的吸收偏好發生了明顯的季節性變化。本研究結果爲森林養分吸收具有明顯的季節性差異這一觀點提供了直接的試驗證據,並豐富和提升了對多變環境條件下森林養分獲取策略與適應機制的認知水平。 

  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學考察研究、中科院前沿科學重點項目和國家自然科學基金等項目的聯合資助。     

  原文鏈接1

  原文鏈接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 

   

  圖2森林根際和菌絲際及其介導的土壤C-養分過程概念框架示意圖 

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