植物將大量的光合碳分配到地下用來根系生長(zhǎng)、根系呼吸、根系分泌以及支持菌根真菌和固氮細(xì)菌等,從而依賴緊密的植物-微生物互作關(guān)系換取生長(zhǎng)所需的受限土壤養(yǎng)分。可見,在根土界面存在著碳投入和養(yǎng)分吸收的貿(mào)易或者權(quán)衡關(guān)系。模型研究已經(jīng)表明固氮和非固氮植物、叢枝菌根和外生菌根植物之間獲取養(yǎng)分的碳投入差異對(duì)于理解它們的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、豐度以及生產(chǎn)力具有重要作用,但是植物究竟需要向地下投入多少碳來獲取養(yǎng)分?目前的實(shí)驗(yàn)性證據(jù)仍然比較匱乏。
基于此,中科院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所地下生態(tài)過程研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合澳大利亞悉尼大學(xué)Feike A. Dijkstra團(tuán)隊(duì)利用穩(wěn)定13C和15N同位素示蹤技術(shù)量化了黑麥草(Lolium perenne)和白三葉草(Trifolium repens)在施磷和不施磷(4 g P m-2)條件下的植物總地下碳投入、氮磷養(yǎng)分吸收以及植物獲取養(yǎng)分的地下碳效率(Carbon efficiency for nutrient acquisition, CENA),即單位地下碳投入所能獲取的氮磷養(yǎng)分含量。研究發(fā)現(xiàn):(1)近一半的地下碳投入分配給根際呼吸,而37%的地下碳投入用來根系生長(zhǎng),14%的地下碳投入用來根系分泌以及周轉(zhuǎn);(2)植物從土壤獲取養(yǎng)分的CENA是1/14 g N g-1 C,而生物固氮的CENA是1/8 g N g-1 C,表明相比從土壤獲取氮,豆科生物固氮是一種碳消耗相對(duì)更低的氮獲取方式;(3)白三葉草比黑麥草有更高的獲取氮和磷的CENA,可能是因?yàn)榘兹~草產(chǎn)生更大的根際激發(fā)效應(yīng),促進(jìn)更多的土壤氮磷釋放。磷肥增加了植物獲取磷的CENA,但是降低了植物獲取氮的CENA,可能原因是磷添加加劇了土壤氮限制,使得植物需要消耗更多的地下碳獲取土壤氮。
該研究成果以“Belowground carbon efficiency for nitrogen and phosphorus acquisition varies between Lolium perenne and Trifolium repens and depends on phosphorus fertilization”為題發(fā)表在植物學(xué)期刊Frontiers in Plant Science(IF=6.627)。中科院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所地下生態(tài)過程組助理研究員盧佳禹為第一作者,王朋研究員為通訊作者。該研究得到澳大利亞研究委員會(huì)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。

圖1 黑麥草和白三葉草在加磷和不加磷處理下的地下碳分配

圖2 黑麥草和白三葉草在加磷和不加磷處理下獲取氮磷的CENA




