高酚类植物珠芽蓼对土壤氮转化及其氮素利用策略研究

As the most widely distributed class of secondary metabolites in plants, phenolic compounds present in various plant organs such as leaves, stems and roots. Phenolic compounds act as an important role in soil nitrogen cycling. Phenols from litter may slow down soil nitrogen mineralization and increase the dissolved organic nitrogen pool, to reduce nitrogen loss and promote the utilization of nitrogen by phenolic-rich plants. In Tibet alpine meadow, various kinds of plant communities co-exist because of the distinctive geology of the area. The coverage of Polygonum viviparum is up to 80% in forb meadows. In this proposal, phenolic-rich plant Polygonum viviparum is used as the research subject. The effect of plant phenols on soil nitrogen cycling and the strategy of using soil nitrogen by the dominant plants in the forb meadow will be investigated. The results from this research will supply an important basis for understanding the constitution formation of plant communities in alpine meadow, the mechanism in succession and the methods for continuous development of the Tibet ecological system.

酚类物质作为植物体内普遍存在的一种次生代谢物，广泛存在于植物的叶、茎、 根等各个器官中，其在土壤氮转化中起着重要作用。凋落物中的酚类物质可以减缓土壤氮的矿化，增加土壤可溶有机氮的含量，从而减少氮流失；同时可能促进富含酚类植物对氮素的吸收。青藏高原地区由于其特殊的地理环境，发育了独特的植被类型，珠芽蓼群落覆盖度占该区杂类草草甸面积的80%。本项目以富含酚类物质的珠芽蓼群落为研究对象，研究其酚类物质对土壤氮转化过程的影响及其群落优势植物的氮素利用策略，此结果对揭示高寒地区植物群落物种组成及生态演替机制、维护青藏高原生态系统的可持续发展具有重要意义。

高寒草甸植物珠芽蓼富含酚类物质尤其是单宁，其凋落物中的酚类物质可能影响土壤中的氮素转化，从而使得该植物在养分竞争中占优势。在本研究中，我们首先对珠芽蓼凋落物中的酚类物质进行了定性和定量鉴定，结果表明，珠芽蓼凋落物中的小分子酚类主要由4种酚酸和1种黄酮化合物组成，其单宁主要为缩合单宁，由4~5种单体类型构成，聚合度较低。在凋落物分解过程中，酚类物质主要以淋溶损失为主，进一步氧化、聚合的现象不显著。此外，我们将从珠芽蓼凋落物中提取出来的小分子酚类和缩合单宁加入到珠芽蓼土壤中培养，结果显示，小分子酚类和单宁对土壤呼吸、土壤铵态氮、硝态氮、土壤可溶性有机氮以及土壤微生物碳、氮的作用不同。最后，我们通过真菌培养的方法合成了15N标记蛋白质—珠芽蓼单宁络合物。将15N标记的络合物加入到珠芽蓼和矮嵩草的土壤中培养数月，分别测定珠芽蓼和矮嵩草中15N标记物的丰度，其结果将证实珠芽蓼菌根能否分解由自身单宁形成的大分子络合物，并吸收其中的氮素。该研究结果对于阐明高寒草甸植物的氮素利用策略具有重要意义。