植物氮同位素组成对植株及氮源氮同位素信息的指示

In the related researches of reflecting nitrogen source information with the application of plant nitrogen isotope composition, leaves are always routinely selected as the study material because of they are easy to be collected and analyzed. However, influencing by many biotic/ abiotic processes, it is still uncertain whether the leaf nitrogen isotope composition can represent that of the nitrogen source. Moreover, the inappropriate selection of plant material may directly lead to a misunderstanding of the related results and even a fallacy. In this study, potted experiment will be done and annual/ perennial herbs and shrubs will be cultivated. The nitrogen isotopic differences among plant organs and between organs and nitrogen sources will be detected under the condition of various original nitrogen sources and concentration levels. The condition in which the leaf nitrogen isotope composition can represent that of the nitrogen source will be discussed. The aim is to verify the scientificity and feasibility of the application of using leaf nitrogen isotope composition to represent that of the nitrogen source, which can provide supports and proofs to the plant material selection in the future related studies of nitrogen cycling.

在应用植物氮同位素组成反映氮源信息的相关研究中，由于易于采集和分析，人们通常选取植物叶片作为供试材料。然而，由于诸多生物、非生物过程的影响，叶片氮同位素组成是否能够作为植物整体及氮源氮同位素组成的替代性指标仍存在不确定性。而植物材料选取的不当可能直接导致研究结果解读的偏差甚至谬误。本项目拟采用盆栽试验的方法，以一年生和多年生草本植物及灌木为研究对象，系统考察不同初始氮源及氮素浓度水平下，植物各组织器官间及其与氮源之间氮同位素组成的差异，分析应用植物叶片氮同位素组成代表氮源信息的条件，进而验证应用植物叶片氮同位素组成代表氮源信息的科学性和可行性，为今后氮循环相关研究中植物材料的选取及应用提供支持和依据。

植物材料的选取是应用植物材料氮同位素组成进行相关研究中最基础但关键的环节，关系到研究结果解读的科学性和准确性。叶片是应用氮同位素组成探讨氮循环研究中最常选取的供试材料。然而，植物各组织氮同位素组成与植株整体氮同位素及氮源氮同位素组成的相关性究竟如何，目前仍未见系统报道。为验证叶片氮同位素对植株及氮源氮同位素信息的指示性，探讨选取能代表氮循环同位素信号的理想植物材料，本研究在植物生长季（5-9月），于北京的百望山和东灵山地区，采集不同生活型植物的叶、根、茎以及植物茎干周围的表层土壤（0 – 10 cm），通过测定分析其氮同位素组成（δ15N），系统地探讨了华北地区植物各组织器官与植株及氮源同位素信息的关系，并探讨了相关研究植物的最佳采样月份。得到如下主要结果：（1）植物叶片δ15N值在整个生长季中随时间变化显著；（2）8月份植物叶片δ15N与其对应土壤总氮的δ15N相关性最好，即最能反映氮源氮同位素信息。因此华北地区野外样品采集的时间最好是在8月份；（3）相对根和茎，乔木和灌木的叶片氮同位素与土壤总氮同位素之间的相关性更好，因此，采集乔木和灌木叶片进行δ15N分析是利用植物氮同位素进行生态系统N循环研究的最佳选择。而对于草本植物，无论是根、茎还是叶，其氮同位素与土壤总氮同位素均不存在显著相关，因此，应尽量选取整个植株作为研究材料；（4）无论对于表层土壤所有样品，还是不同植物生活型对应的表层土壤，其氮同位素组成随时间变化均不显著。该结果对于在应用植物稳定氮同位素进行相关研究时植物样品的采集方法提供了定量依据，进而验证了应用植物叶片氮同位素组成代表氮源信息的科学性和可行性，为今后氮循环相关研究中植物材料的选取及应用提供支持和依据。