高寒草甸土壤有机氮供应速率及植物根系吸收能力对植物吸收土壤有机氮的影响及其机制

In several nitrogen (N)-limited ecosystems, many plants can directly absorb low molecular weight organic N sources, especially amino acids, from soil. The uptake of soil organic N by plants is controlled by two key factors: the absorption capability of plant roots and the supply rate of soil organic N, especially free amino acids. Quantification of the two factors and determination of the dominating one in the uptake of soil organic N by plants will help to reveal the limiting factor in plant N nutrition in N-limited ecosystems. Due to the extremely low annual temperature in the Tibetan Kobresia myosuroides meadow, soil N mineralization in this meadow is strongly limited. In this proposal, different plant species-dominated communities and the soils in the meadow will be used as the research subject. The effects of the absorption capacity of roots and the supply rate of free amino acids in soil on the uptake of soil organic N by plants will be investigated and the mechanism will be probed. The result from this research will be significant for revealing the limiting factor in plant N nutrition and for providing a deeper understanding of N cycling in alpine meadow ecosystems.

在氮矿化受到限制的多种生态系统中，许多植物被发现具有从土壤中直接吸收小分子有机氮尤其是游离氨基酸的能力。植物对土壤有机氮的获取主要受到两个关键因素的制约：植物根系对土壤有机氮的吸收能力，以及土壤有机氮尤其是游离氨基酸向根系供应的速率。定量研究这两个因素，阐明其在植物吸收土壤有机氮中占主导地位的因素，将有助于揭示在氮限制生态系统中，植物在氮营养获取中的限制性因子。分布于青藏高原的嵩草草甸由于气候严酷，土壤氮矿化受到严重限制。因此本项目以嵩草草甸中的不同优势植物及其土壤为研究对象，探究植物根系吸收土壤有机氮的能力以及土壤游离氨基酸的供应速率对植物吸收有机氮的影响及其机制。此结果对于揭示高寒草甸植物在氮营养获取中的限制性因子，以及深入了解高寒草甸生态系统的氮素循环具有重要意义。

高寒草甸由于气候严酷，土壤氮矿化受到严重限制，多种植物具有从土壤中直接吸收小分子有机氮尤其是自由态氨基酸的能力，然而植物在有机氮营养获取中的限制性因子尚不明确。本项目以青藏高原高寒草甸中的禾叶嵩草（Kobresia graminifolia）、珠芽蓼（Polygonum viviparum）和垂穗披碱草（Elymus nutans）三种草地型为研究对象，探究其优势植物根系对土壤氨基酸的吸收能力，以及土壤自由态氨基酸向植物根系供应的速率。结果显示：（1）三种植物均能高效吸收土壤氨基酸，且其对氨基酸的吸收速率均显著高于对铵态氮的吸收速率；在生长季后期，禾叶嵩草对土壤氨基酸的吸收速率显著高于珠芽蓼；（2）生长季期间，三个草地型土壤自由态氨基酸扩散通量在土壤总有效氮扩散通量中占8.18%～82.73%；在生长季后期，三个草地型土壤中的自由态氨基酸扩散通量均显著高于无机氮扩散通量，且禾叶嵩草型草地土壤中的自由态氨基酸扩散通量显著高于其他两个草地型。综合分析表明，土壤自由态氨基酸的供应速率可能是高寒草甸植物在有机氮营养获取中的限制性因子。此结果对于深入理解植物利用土壤有机氮的机制，以及维护高寒草甸群落的稳定性和可持续发展性具有重要意义。