马尾松对土壤局部氮信号和氮-磷比增加的响应及磷效率调控

The nitrogen deposition sharply raised the local nitrogen concentration and N-P ratio in forest soil, whereas the response of root traits to local nitrogen concentration and N-P ratio, as well as the their regulation on P efficiency is known very little. The purpose of this study was to disclose the response of P efficiency related traits including root architecture and root exudation of Pinus massoniana to increment of the local nitrogen concentration and N-P ratio, and the impact of such responsed on uptake, utilization of P. Pot experiments with the coupling treatments of nitrogen localization and N-P ratio under the affect of nitrogen deposition will be conducted. Genetic variation in root development and root exudation under the impact of nitrogen-phosphorus coupling will be clarified, and the influence of root development and root exudation under the impact of nitrogen deposition on efficiency of P acquisition and P use of different genotypes of Pinus massoniana will be investigated. The research of this program may broaden our understanding of morphological and physiological mechanism of tolerance to low P under the impact of increasing nitrogen deposition and nitrogen availability, and enrich the theory of genetic improvement of plant nutrient efficiency. Furthermore ,the research will provide insight for selecting and breeding of tree genotypes with high P efficiency under P deficiency and nitrogen deposition, and therefore increase the bioavailability of soil P and improve the productivity of tree plantation.

我国南方森林土壤有效磷普遍匮乏，开展林木磷素营养学研究意义重大。近年大气氮沉降显著增加了土壤局部氮素浓度，并提高了土壤氮-磷比。然而当前的林木磷素营养学研究，忽视了根系对局部氮信号增加和土壤氮-磷比提高的响应及其对林木磷效率的可能调控。本项目拟以马尾松为试材，研究根系空间构型、根际化学分泌和菌根共生等磷效率相关的根系性状，对土壤局部氮信号增加、土壤氮-磷化学计量比提高的响应模式；揭示根系性状响应局部氮信号和土壤氮-磷比增加后，对磷素吸收、利用和磷营养效率的调控机制。在此基础上，揭示马尾松不同基因型响应局部氮信号和氮-磷比增加的遗传差异，并阐明不同响应模式下马尾松磷效率的遗传变异规律。通过本项目研究，将拓宽对于林木忍耐低磷胁迫和磷营养高效生物学机制的认识，为在大气氮沉降背景下开展林木磷效率的遗传改良提供更全面的理论指导; 将推动选育磷效率高的优良林木基因型，提高贫瘠森林土壤上人工林生产力。

本项目以马尾松为试材，研究了氮沉降背景下土壤局部氮信号和氮-磷比增加的响应对马尾松磷效率性状的影响规律，阐明了局部氮信号和氮-磷比增加后马尾松磷效率的遗传变异规律。取得了以下进展：.（1）揭示了局部氮信号和氮-磷比增加对低磷胁迫下马尾松不同家系、无性系根系化学分泌和磷效率遗传变异的影响。在极度缺磷的同质低磷环境中，具有较高的氮–磷化学计量比，因此马尾松对氮素增加不敏感。在表层富磷的异质低磷环境中，氮–磷化学计量处于共同缺乏的阈值内，因而马尾松对氮素的增加敏感。模拟氮沉降显著增加了根际有机酸的分泌量，提高了磷吸收效率，增加了其生物量。通过科学育林措施改善土壤磷素养分状况，使氮–磷化学计量比维持平衡，将利于林木在氮沉降增加条件下获得较大生长增益。发现不同家系、无性系对氮沉 降的响应存在差异，因此应重视选育对氮沉降敏感的马尾松基因型。.（2）阐明了氮沉降环境下局部氮营养和氮-磷比增加影响低磷下马尾松菌根共生和磷效率的机制。--在有效磷严重匮乏时，菌根共生对于马尾松磷素吸收及生长的促进更显著。一定范围内的氮素增加可以提高菌根共生对苗木生长发育的促进程度。菌根共生对氮沉降的响应存在显著的家系差异，筛选菌根共生能力强的马尾松基因型、提高菌根作用的有效性，将成为提高马尾松磷效率，挖掘营养高效遗传潜力的重要途径。.（3）揭示了氮沉降下局部氮信号和氮-磷比对低磷胁迫下马尾松无性系细根形态和氮磷效率的影响模式。模拟氮沉降条件下，氮素作为外界信号传递到马尾松无性系根际， 根系做出相应响应，从而调节根系形态的变化， 促进根系对土壤氮、磷的吸收， 其中细根是根系吸收营养的关键。磷素环境在一定程度上影响了氮素对根系发育的调控，表层富磷的异质低磷环境更有利于生长。不同无性系对外界氮-磷元素变化的响应有所不同，部分敏感无性系生长受模拟氮沉降的促进作用更为明显。.（4）阐明了局部供氮对低磷下马尾松不同家系生长及根系参数遗传变异的影响机制。局部供氮对马尾松生长的影响与土壤磷素环境有关。在两种低磷环境下，局部供氮对马尾松苗木根系生长发育均有显著的促进作用， 尤其在异质低磷环境促进作用更强。马尾松家系间对不同供氮处理的响应差异显著。与均匀供氮相比，局部供氮更有利于马尾松苗木生长, 且土壤深层施肥的促进作用更强。.（5）发表学术论文9篇，其中SCI收录论文2篇，国内A类核心期刊论文7篇。培养研究生3名