沈陽生態(tài)所在建立原位15N成對標(biāo)記法量化森林樹木氮吸收偏好取得進(jìn)展
氮元素是限制森林生產(chǎn)力的主要養(yǎng)分元素,不同森林植物可能表現(xiàn)不同的氮吸收偏好(喜銨或者喜硝),進(jìn)而減少對氮的種間競爭而促進(jìn)物種共存。然而森林植物氮吸收是否存在偏好還存在一定爭議,針對氮吸收偏好還沒有統(tǒng)一的量化方法,不同研究采用不同方法和不同指標(biāo)。目前,主要研究方法是以15N溶液或土壤作為吸收介質(zhì),以氮吸收速率來指示和量化氮吸收偏好。其中通過15N溶液吸收法研究幼苗或植物根系氮吸收的方法存在明顯的不足。首先,這種方法不能考慮土壤微生物和非生物過程對氮的競爭和固持作用;第二,如果僅僅以根部為考察對象,則可能高估銨氮吸收,因?yàn)橹参锿ǔT诟缔D(zhuǎn)化銨態(tài)氮為有機(jī)氮以減少銨毒害,而將硝態(tài)氮大部分轉(zhuǎn)移至葉片經(jīng)硝酸還原酶進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。另外,幼苗的研究也可能不能反映成年大樹原位氮吸收特點(diǎn)和偏好。因此,我們需要建立量化野外成年大樹氮吸收特點(diǎn)和偏好的方法。
基于此,中國科學(xué)院沈陽應(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)建立了成年大樹原位15N成對標(biāo)記法,即對樹木根際區(qū)多點(diǎn)注射標(biāo)記的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮,追蹤植物吸收15N的速率和比例,從而計(jì)算出樹木氮吸收偏好(圖1)。前期采用該方法量化了我國北方四種主要造林樹種的氮吸收偏好(Zhou et al. 2021 New Phytologist)。最近,該團(tuán)隊(duì)以不同林齡的成年落葉松為對象,在標(biāo)記后30天內(nèi)不同時(shí)間段采集葉片、枝條、細(xì)根和粗根測定15N的吸收速率和回收率,進(jìn)一步探討:1)采集葉片是否可以反映整株樹木的氮吸收狀況,以優(yōu)化采樣器官;2)不同標(biāo)記時(shí)間后所得到的氮吸收偏好是否不同,以優(yōu)化采樣時(shí)間。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),采用高豐度的15N標(biāo)記物對根際土壤進(jìn)行標(biāo)記,標(biāo)記后30天內(nèi)各器官之間和不同采樣時(shí)間之間的氮吸收偏好無顯著差異(圖2)??紤]氮吸收的時(shí)間和采樣操作便利性,建議標(biāo)記后4天采集喬木葉片即可判斷成年大樹氮吸收偏好。該方法通過對成年大樹根際直接供給和追蹤其對不同形態(tài)氮吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),充分考慮了土壤氮競爭和固持,考慮了氮吸收后的轉(zhuǎn)運(yùn),能真實(shí)反映成年大樹原位氮利用特點(diǎn)。預(yù)測該方法具有廣泛的應(yīng)用性,可以適用于不同類型森林樹木,包括闊葉樹種。此外,該團(tuán)隊(duì)還對過去氮偏好研究方法進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理,對研究結(jié)果進(jìn)行了總結(jié),發(fā)現(xiàn)以溶液作為吸收介質(zhì)的研究往往得到偏好吸收銨的結(jié)果,而對土壤進(jìn)行標(biāo)記的研究則往往發(fā)現(xiàn)更高硝氮吸收,這可能與溶液吸收法排除了土壤微生物和非生物過程對氮,尤其是對銨態(tài)氮的競爭和固持有關(guān)。


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