林下藓类对氮、磷养分的吸收、利用与回收及养分作用机制

Understory mosses are a ubiquitous and dominant feature of subalpine and boreal forest. The mosses are important in ecosystem nutrient cycling and greatly influence the accessibility of nutrients to other plants. However, the investigations into nutrient use strategy of mosses are scare, resulting in seriously deficient knowledge in the uptake, use, and resorption efficiency of mosses. Therefore, the study in current project would be conducted in a subalpine fir forest in eastern Tibetan Plateau, and focused on the nitrogen (N) and phosphorus (P) use strategy of two dominant mosses and the nutritional manipulating mechanism. An in situ experiment with nutrient type and intensity treatments would be established, and the growth, nutrient concentration and the amount of 15N tracer would be monitored through the entire life cycle of the mosses. We try to answer the following scientific questions: (1) what is the N and P uptake, use and resorption efficiency of the mosses, and how does the nutrient use efficiency change with the growth? (2) how does the nutrient pulse supply affect the nutrient uptake, use and resorption process? Investigating the N and P uptake, use and resorption efficiency and their responses to nutrient supply type and intensity provides theoretical foundation for exploring the nutritional adaptation mechanism of understory mosses. The results would be useful in improving the knowledge of nutrient cycling process of forest ecosystem.

揭示林下藓类对养分的吸收、利用和回收是明确森林生态系统养分循环过程的重要内容，然而当前对林下藓类养分适应策略的认识还不充分，研究并不深入。因此，本项目选择青藏高原东部亚高山冷杉林下最常见的锦丝藓和塔藓为对象，聚焦其养分适应策略。本项目拟通过野外原位控制实验，设置养分供应类型与强度处理，监测藓类的生长量、养分含量和15N同位素标记含量，开展藓类对养分吸收、利用和回收这3方面内容的研究。试图回答以下科学问题：（1）自然条件下，林下藓类的氮、磷养分利用与回收效率如何，藓类生长过程中的养分吸收与利用如何变化？（2）突发氮、磷养分供应如何影响林下藓类的养分吸收、利用与回收效率，以及养分供应的驱动机制是怎样的？研究将揭示林下藓类的养分适应策略，并为完善对森林养分循环的认识提供新的证据。

亚高山森林是我国西南林区的主体，在水土保持、水源涵养等方面发挥着重要的作用，是我国长江上游重要的生态屏障。藓类构成亚高山森林林下的优势层片，它们覆盖了林下60%以上的地表面积，它们体表附生蓝藻固定的氮可达森林氮输入量的50%，是森林生态系统中主要的生产者。藓类与得到较充分研究的维管植物在生理、生态特征等方面具有明显差异，藓类的对氮、磷养分的吸收、利用与回收过程与效率如何已成为阻碍深入认识森林生态系统养分循环的问题。..为了深化对藓类养分利用策略的认识，本项目以青藏高原东部冷杉老龄林林下两种优势藓类为研究对象，使用原位控制实验，结合养分含量分析和稳定同位素标记，研究了锦丝藓和塔藓的氮磷养分分配、养分利用效率和回收效率，以及沉降养分对这两种藓类养分吸收和利用的影响。..研究结果显示：锦丝藓和塔藓能够高效吸收大气沉降的氮、磷养分，吸收的养分能够通过养分转运供给新生组织的生长，且该转运过程主要受源-库关系的调节；它们的氮磷利用效率与常绿木本植物相似，低于草本植物；两种藓类植物具有较低的氮磷养分生产力和较长的养分滞留时间；两种藓类的氮回收效率>50%，残留在凋落物中的氮比例约为15%，表明藓类是森林中重要的氮库；在藓类3年的生命周期中，23-33%的氮直接有活体流失到体外。..项目执行期间，已经发表SCI论文1篇和中文核心期刊论文1篇，参与本项目3名博士和硕士研究生均已顺利毕业。该项目取得的研究结果揭示林下藓类的氮磷养分利用效率以及沉降养分对其养分利用的影响，明确提出并验证了藓类的养分回收的概念模型以及养分回收效率与流失比例的计算方法；为深入了解林下藓类在森林养分循环中的作用奠定了基础，为森林经营管理提供科学依据。