新疆生地所在植物計量化學和養分回收研究中取得系列進展

  植物養分經濟在理解物種共存、適應策略、生態系統結構、功能和供給服務等方面扮演著重要角色。為深入理解全球變化背景下植物在不同研究尺度的計量化學和養分回收特征,中國科學院新疆生態與地理研究所絲路綠色發展研究中心李凱輝研究員團隊利用全球和區域觀測數據的整合分析,結合新疆巴音布魯克草原生態系統研究站的長期氮素富集控制實驗,對植物計量化學和養分回收進行了研究,取得了系列研究成果。

  科研團隊以全球尺度的植物氮磷重吸收為研究對象,發現氮重吸收率(NRE)與磷重吸收率(PRE)的斜率為0.88,植物功能群驅動了NRE與PRE之間的scaling關系。例如:闊葉林比針葉林,落葉林比常綠林,非豆科比豆科,木本植物比草本植物的斜率大,表明后者比前者以更高速率從衰老葉中吸收利用磷。同時也發現,地理(緯度)和氣候(溫度和降水)因素驅動了植物從衰老葉片中吸收利用的磷高于氮。在新疆干旱區荒漠生態系統的區域尺度上,發現荒漠灌木的生長一般受磷限制,不同植物物種之間NRE和PRE存在顯著差異,這在很大程度上是因為干旱脅迫對植物的影響不同而導致。

  該研究拓寬了在植物養分循環過程領域的認識,對于闡明全球變化對養分循環的影響具有重要意義。相關研究結果以“Scaling the leaf nutrient resorption efficiency: Nitrogen vs phosphorus in global plants”為題發表于期刊Science of the Total Environment(文章鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969720324372);以“N, P and K stoichiometry and resorption efficiency of nine dominant shrub species in the deserts of Xinjiang, China”為題發表于Ecological Research(文章鏈接:https://esj-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1440-1703.12111)。

  全球大氣氮沉降迅速增加顯著影響中國草地生態系統的植物養分經濟和凋落物質量。為了深入理解全球變化背景下,氮素富集對典型草地類型的植物計量化學和養分回收的影響。團隊利用觀測數據的整合分析,發現氮素富集顯著增加了中國北方草地植物氮磷含量和氮磷比,而顯著降低了植物氮磷養分重吸收效率。此外,植物養分及回收效率對氮素富集的響應在不同草地類型間差異較大。相關研究結果以“Responses and drivers of leaf nutrients and resorption to nitrogen enrichment across northern China's grasslands: A meta-analysis”為題發表于Catena(文章鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0341816220306603)。

  植物各器官營養物質的化學計量特征可以反映植物獲取資源的權衡和生長策略,確定養分在植物器官分配以及與氣候的關系。為此,該團隊深入開展了新疆荒漠植物的根莖葉功能器官的化學計量分析,發現荒漠植物的根和莖的氮磷濃度顯著低于葉,莖的氮磷比顯著高于葉和根,而根莖葉的氮磷比差異不顯著。荒漠植物群落水平上的葉片計量化學變異更多來自于物種周轉的貢獻。這些研究結果為理解荒漠植物化學計量模式、利用策略及其與環境關系提供了科學依據。相關研究成果以“Patterns of nitrogen and phosphorus stoichiometry among leaf, stem and root of desert plants and responses to climate and soil factors in Xinjiang, China”為題發表于期刊Catena(文章鏈接:http://sciencedirect.com/science/article/pii/S0341816220306500);以“N:P stoichiometric changes via species turnover in arid versus saline desert environments”為題發表于Ecology and Evolution(文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/ece3.6395)。

  同時,科研人員基于新疆天山巴音布魯克高寒草原長期氮添加梯度控制實驗,發現外源氮添加顯著增加了植物氮含量而降低了磷含量,降低了植物氮重吸收效率而增加了磷重吸收效率。草原植物氮磷的響應差異主要源于長期氮素添加提高了土壤氮素的可利用性,而對土壤磷素沒有顯著影響,植物養分的失衡可能負面影響植物組成和凋落物分解,這些發現對深入理解大氣氮沉降增加對草原植物-土壤養分循環的影響具有重要意義。相關研究成果分別以“Decoupling of nitrogen and phosphorus in dominant grass species in response to long-term nitrogen addition in an Alpine Grassland in Central Asia”和“Plant community composition altered by long-term nitrogen addition has minor contribution to plant nutrient status at the community level”為題發表于Plant Ecology(文章鏈接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11258-020-01103-3)和Applied Ecology and Environmental Research(文章鏈接:http://apps.webofknowledge.com/Search.do?product=UA&SID=5DQaO2gEnsD4anSw6LF&search_mode=GeneralSearch&prID=3952dc4e-888c-4fdf-9f40-639f90a5c998)。

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