森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要“源”和“匯”。植物氮吸收是森林生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的重要組分,支撐森林植物光合作用和固碳。不同菌根類型的森林樹種(與外生菌根真菌(ECM)共生或與叢枝菌根真菌(AM)共生)可能對(duì)不同土壤氮形態(tài)具有差異化的吸收策略,進(jìn)而減少種間競(jìng)爭(zhēng),促進(jìn)共存。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)創(chuàng)新性地提出“15N成對(duì)標(biāo)記法”研究植物氮吸收策略及是否存在偏好:即通過向森林大樹或幼苗根際區(qū)多點(diǎn)注射15N單標(biāo)記的硝酸銨(NH4NO3),追蹤植物吸收15N的速率和比例,進(jìn)而計(jì)算植物氮吸收偏好。該方法操作簡(jiǎn)便,易于推廣。前期,研究團(tuán)隊(duì)采用該方法揭示了東北清原森林常見針葉樹種大樹和幼苗(ECM類型)均可高效吸收硝態(tài)氮及相關(guān)機(jī)制。而與不同菌根真菌(ECM或AM類型)共生的闊葉樹種的氮吸收策略及其影響機(jī)制尚不清楚,亟需相關(guān)研究。
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)依托清原森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站,采用15N成對(duì)標(biāo)記法研究了6個(gè)闊葉樹種和4個(gè)針葉樹種幼苗的氮吸收策略,旨在闡明樹種功能型以及不同菌根真菌類型(ECM或AM類型)的影響。研究發(fā)現(xiàn),所研究樹種均表現(xiàn)出硝態(tài)氮吸收優(yōu)勢(shì),硝態(tài)氮吸收貢獻(xiàn)率為49-83%(均值69%),不同類群間硝態(tài)氮吸收比例排序?yàn)椋篈M類型闊葉樹種(均值79%)> ECM類型闊葉樹種(均值70%)> ECM類型針葉樹種(均值60%)(圖1)。隨機(jī)森林模型分析表明植物功能群、菌根類型和細(xì)根根冠比是解釋硝態(tài)氮吸收比例差異的主要因子(圖2)。該研究結(jié)果表明中國(guó)東北地區(qū)常見針闊葉樹種均可優(yōu)先利用硝態(tài)氮,其利用程度受樹種菌根類型和細(xì)根根冠比等指標(biāo)的共同調(diào)控。
相關(guān)研究成果以“Paired 15N labeling reveals that temperate broadleaved tree species proportionally take up more nitrate than conifers”為題于2025年5月發(fā)表在Journal of Plant Ecology期刊上。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所博士生曲玉瑩為第一作者,朱飛飛副研究員和方運(yùn)霆研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、遼寧省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目、沈陽(yáng)市科技計(jì)劃項(xiàng)目等的支持。
原文鏈接:https://doi.org/10.1093/jpe/rtaf072

圖1. 東北清原森林10個(gè)常見樹種幼苗各器官及整株植物銨態(tài)氮和硝態(tài)氮吸收比例對(duì)比

圖2. 影響10個(gè)針闊葉樹種幼苗硝態(tài)氮吸收速率(a)和比例(b)的關(guān)鍵因子及其重要性




