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新疆生地所在荒漠短命植物響應短期氮磷添加方面取得進展

  氮(N)、磷(P)是陸地生態系統植物生長的主要限制性元素,而荒漠生態系統養分缺乏尤為嚴重,尤其是缺N。而隨著工業化加劇及人類生產活動的影響,荒漠地區N沉降也愈發嚴重,給生態系統造成影響。另一方面,隨著綠洲農田往荒漠腹地不斷擴張,P輸入對荒漠生態系統的影響也逐漸顯現。那么,在土壤N缺乏較嚴重的準噶爾荒漠,短期N、P添加如何影響短命植物生長?二者是否具有交互作用?依據李比希最小因子定律,植物的生長取決于那些處于最少量狀態的營養元素。因此我們假設,在N缺乏的生境中,植物生長依然受到N、P共同限制,但NP呈現出不同效應。 

  針對上述問題,中國科學院新疆生態與地理研究所荒漠與綠洲生態國家重點實驗室張元明研究員團隊基于野外原位N、P短期添加實驗,以短命植物條葉庭薺(Alyssum linifolium)為研究對象,測定19種功能性狀和6個土壤養分指標,解析了不同添加濃度下的N效應、P效應、N+P混合效應、N+P條件下的N效應及N+P條件下的P效應,明確了植物多性狀間的網絡關系差異及植物生長的影響因素、影響路徑及其強度。 

  研究結果表明,施氮顯著提高了土壤N有效性和植物N含量,降低了植物P含量;同時,土壤P有效性保持穩定。施P提高了土壤P有效性和植物P濃度,但嚴重降低了土壤N有效性。N+P添加提高了土壤NP的有效性,從而提高了植物N含量,但大大降低了植物P含量。在低濃度下,NN+P添加顯著提高了植物光合能力、可溶性蛋白含量及葉片生物量分配比例,也提高了個體生長(包括株高、根長、葉長和器官生物量)和葉綠素含量。在各養分處理下,葉片NP呈負的異速生長關系,這一趨勢與自然生態系統完全不同。N+P處理下的N、P效應不同于N、P處理單獨。上述結果表明,N、P共同限制是存在的,但N、P添加呈現出不同的效應。此外,植物性狀網絡因養分處理不同而不同,其中P添加顯著降低了網絡復雜性和性狀關聯性。在植物性狀網絡中出現了一定程度的模塊化,且生物量指標被確定為核心性狀。多元分析表明,土壤速效NN、P水平是影響植物性狀變異的主要因素。SEM表明,土壤N有效性通過影響植物化學計量、酶活性和光合能力來調節光合產物分配。 

  綜上所述,在N缺乏生境中,單獨施P顯著降低了土壤N有效性和植物生長性能,低濃度的NN+P添加通常有利于土壤養分的有效性和植物的生長。該研究進一步加深了對干旱環境中外源養分輸入條件下荒漠短命植物的生態適應和養分利用策略的認識。 

  相關成果以“Short-term N and P additions differentially alter the multiple functional traits and trait associations of a desert ephemeral plant in China”為題發表在Environmental and Experimental Botany,新疆生地所陶冶副研究員為第一作者,張元明研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金-新疆聯合重點基金項目資助。 

  文章鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009884722200154X  

N、P添加對條葉庭薺生理指標的5種效應 

N、PN+P處理下的條葉庭薺功能性狀網絡分析 

 

皇上在御花园入太子妃

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