呼伦贝尔草原优势植物氮素回收效率对氮源与氮汇强度及其关系变化的响应

Nitrogen resorption (NR) is a key strategy for conserving nutrients in plants, and plays an important role in litter decomposition and nutrient cycling. Nitrogen source (i.e., foliar nitrogen concentration and soil available nitrogen concentration) and sink (i.e., reproductive investment) are the nitrogen output and input of NR, respectively, and hence changes in both nitrogen source and sink strength can drive the variability in NR. However, previous studies mainly focus on NR processes from the only perspective of nitrogen source, and the influences of nitrogen sink and its interactive effect with nitrogen source on NR are not well understood, especially the effects of asexual nitrogen sink on NR. This project plans to select four dominant species with both asexual and sexual reproduction in Hulunbuir grasslands as our study abject. The program intends to combine field-manipulated experiment (multiple species) with potting experiment (single species) to demonstrate to study the NR process from the perspective of both sink and source, and particularly focus on the effects of asexual nitrogen sink on NR. The project will clarify the relative contrition of nitrogen source and sink to NR efficiency and the interactive effect of source and sink on NR processes, and elucidate the responses of NR to changes in source and sink strength and their relationships. The study will improve our understanding of regulatory mechanisms in plant nitrogen cycle, and provide a basis for more accurately modelling nitrogen cycles in grassland ecosystem.

氮素回收是植物保存养分的重要机制之一，在凋落物分解和养分循环过程中起着重要作用。氮源（成熟叶片氮浓度和土壤有效氮浓度）和氮汇（繁殖投资）分别作为氮素回收过程中的氮素输出端和输入端，都是影响氮素回收的关键。然而，以往研究主要从氮源角度对氮素回收过程进行阐述，氮汇及其与氮源的交互作用如何调控氮素回收过程尚不清楚，特别是无性繁殖氮汇对氮素回收的影响未受到关注。本项目选择呼伦贝尔草原4种代表性优势植物，结合野外控制实验（自然群落多物种共存状态）和盆栽实验（单个物种生存状态），对氮源和氮汇及其相关关系对氮素回收效率的影响进行研究，强调无性繁殖氮汇对氮素回收的影响，明确氮源、氮汇强度变化对氮素回收效率影响的相对贡献，阐释氮源与氮汇的相互关系变化对氮素回收效率的影响，揭示氮素回收效率对氮源、氮汇强度及其关系变化的响应机制，完善植物氮素循环的调控机理，为更新和优化草地生态系统氮素循环模型提供新的科学证据。

养分回收是植物保存养分的重要机制之一，在凋落物分解和养分循环过程中起着重要作用。养分源（成熟叶片氮浓度和土壤有效氮浓度）和养分汇（繁殖投资）分别作为养分回收过程中的养分输出端和输入端，都是影响养分回收的关键。本项目选择呼伦贝尔草原4种代表性优势植物发现，来自同一个植物群落的不同优势物种，养分吸收和再回收效率对水分胁迫的响应趋于一致，而来自不同群落的相同物种，养分吸收和再回收效率对水分胁迫的响应趋于分异。该结果表明植物养分吸收过程对干旱胁迫响应程度主要受其所生存环境的影响，与植物物种类别无明显联系。在干旱胁迫条件下，土壤养分源与植物成熟叶片养分之间无显著正相关关系，而植物的养分吸收过程不受养分源的调控。C4植物的氮吸收和利用过程比C3植物更容易受到其他植物或微生物的影响，C3植物在氮素利用方面具有更大的优势，是C3植物（低水分利用效率、高氮素利用效率）与C4植物（高水分利用效率、低氮素利用效率）共存的重要机制之一。长期水分胁迫下，植物通过内稳态机制来提高组织内养分浓度，增强植物群落应对干旱的能力，物种周转是该过程的主要影响因素；而短期干旱条件下，植物群落养分对水分胁迫的响应异常复杂，整体而言，植物群落氮浓度呈上升趋势，而磷浓度呈下降趋势，此时，种内竞争和物种周转共同影响该生态过程。植物群落养分多样性对干旱的响应度明显高于植物群落养分均值，说明养分变异比养分本身更能反映植物群落对干旱的响应能力，强调了群落养分变异在预测生态系统结构和功能应对干旱事件方面的重要性。该结果将有助于揭示植物养分利用策略的影响模式和生态学机制，推动植物养分高效利用机制和养分循环过程理论研究方面获得突破性进展，将为陆地生态系统养分循环模型的构建和优化及草地高效可持续经营提供技术支撑。