在驗證氮磷比對草原植物養(yǎng)分限制狀況的指示作用方面取得進展
氮和磷是陸地生態(tài)系統(tǒng)植物生產(chǎn)力的主要限制元素。人類工農(nóng)業(yè)活動引起的氮、磷等活性營養(yǎng)元素的輸入顯著改變了生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分有效性。由于氮素輸入的增長速率遠高于磷,這種不平衡的氮磷輸入可能導(dǎo)致土壤氮磷供應(yīng)比例以及植物組織中氮磷含量的失衡,從而導(dǎo)致植物養(yǎng)分限制狀況的改變。許多研究使用植物葉片氮磷比閾值(N:P<14為氮限制,N:P>16為磷限制,14<N:P<16為氮磷共同限制)作為指示植物養(yǎng)分限制狀況轉(zhuǎn)變的指標,并據(jù)此推測氮富集引起的氮磷比的增加意味著植物由氮限制轉(zhuǎn)向磷限制或氮磷共同限制。然而這一推斷的準確性仍缺乏實證證據(jù)。
近期,中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所沙地與退化草地近自然恢復(fù)創(chuàng)新組群依托額爾古納森林草原過渡帶生態(tài)系統(tǒng)研究站氮磷添加實驗平臺量化了植物群落地上凈初級生產(chǎn)力(ANPP)及葉片氮磷比對7~9年氮磷添加的響應(yīng)。結(jié)果表明:單獨氮添加使植物群落ANPP增加了120%,并導(dǎo)致群落葉片氮磷比由9.3增加到17.2。按照氮磷比閾值,這意味著氮添加后植物群落ANPP將受磷限制。然而,盡管磷添加降低了富氮植物群落的氮磷比,卻并沒有顯著促進其ANPP的增加,表明氮添加并沒有實際引起植物群落的磷限制。這一結(jié)果挑戰(zhàn)了氮磷比指示植物養(yǎng)分限制狀態(tài)的準確性。通過對植物葉片磷組分分配的進一步探索,研究發(fā)現(xiàn)盡管氮添加顯著降低了葉片全磷含量,但對各磷組分的影響不盡相同:氮添加降低了代謝磷、脂質(zhì)磷等儲存性磷組分的含量,卻增加了與生長更密切的核酸磷的含量。這一磷組分的再分配策略使得富氮植物群落能夠在葉片全磷含量低、氮磷比高的情況下維持正常生長。
該研究為解釋氮磷比指示植物養(yǎng)分限制狀況的不確定性提供了新機制,并強調(diào)了磷組分分配在植物適應(yīng)氮磷不平衡中的重要作用。相關(guān)結(jié)果以“Why leaf N:P is not reliable for diagnosing nutrient limitation of productivity: answer from leaf phosphorus fractions”為題發(fā)表在New?Phytologist期刊。特別研究助理梁瀟灑為第一作者,呂曉濤研究員為通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目資助。
論文鏈接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70893

圖1?植物群落ANPP和葉片氮磷比對氮磷添加的響應(yīng)

圖2?植物群落葉片全磷(LPT)及各磷組分(代謝磷LPM,?脂質(zhì)磷LPL,?核酸磷LPN,?殘余磷LPR)對氮磷添加的響應(yīng)。
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