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新疆生地所在荒漠短命植物响应短期氮磷添加方面取得进展

  氮(N)、磷(P)是陆地生态系统植物生长的主要限制性元素,而荒漠生态系统养分缺乏尤为严重,尤其是缺N。而随着工业化加剧及人类生产活动的影响,荒漠地区N沉降也愈发严重,给生态系统造成影响。另一方面,随着绿洲农田往荒漠腹地不断扩张,P输入对荒漠生态系统的影响也逐渐显现。那么,在土壤N缺乏较严重的准噶尔荒漠,短期NP添加如何影响短命植物生长?二者是否具有交互作用?依据李比希最小因子定律,植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素。因此我们假设,在N缺乏的生境中,植物生长依然受到NP共同限制,但NP呈现出不同效应。 

  针对上述问题,中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室张元明研究员团队基于野外原位NP短期添加实验,以短命植物条叶庭荠(Alyssum linifolium)为研究对象,测定19种功能性状和6个土壤养分指标,解析了不同添加浓度下的N效应、P效应、N+P混合效应、N+P条件下的N效应及N+P条件下的P效应,明确了植物多性状间的网络关系差异及植物生长的影响因素、影响路径及其强度。 

  研究结果表明,施氮显著提高了土壤N有效性和植物N含量,降低了植物P含量;同时,土壤P有效性保持稳定。施P提高了土壤P有效性和植物P浓度,但严重降低了土壤N有效性。N+P添加提高了土壤NP的有效性,从而提高了植物N含量,但大大降低了植物P含量。在低浓度下,NN+P添加显著提高了植物光合能力、可溶性蛋白含量及叶片生物量分配比例,也提高了个体生长(包括株高、根长、叶长和器官生物量)和叶绿素含量。在各养分处理下,叶片NP呈负的异速生长关系,这一趋势与自然生态系统完全不同。N+P处理下的NP效应不同于NP处理单独。上述结果表明,NP共同限制是存在的,但NP添加呈现出不同的效应。此外,植物性状网络因养分处理不同而不同,其中P添加显著降低了网络复杂性和性状关联性。在植物性状网络中出现了一定程度的模块化,且生物量指标被确定为核心性状。多元分析表明,土壤速效NNP水平是影响植物性状变异的主要因素。SEM表明,土壤N有效性通过影响植物化学计量、酶活性和光合能力来调节光合产物分配。 

  综上所述,在N缺乏生境中,单独施P显著降低了土壤N有效性和植物生长性能,低浓度的NN+P添加通常有利于土壤养分的有效性和植物的生长。该研究进一步加深了对干旱环境中外源养分输入条件下荒漠短命植物的生态适应和养分利用策略的认识。 

  相关成果以“Short-term N and P additions differentially alter the multiple functional traits and trait associations of a desert ephemeral plant in China”为题发表在Environmental and Experimental Botany,新疆生地所陶冶副研究员为第一作者,张元明研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金-新疆联合重点基金项目资助。 

  文章链接:  

NP添加对条叶庭荠生理指标的5种效应 

NPN+P处理下的条叶庭荠功能性状网络分析