我国典型温性草地和高寒草地优势植物氮素获取策略研究

This project will employ the Chinese grassland transect cross Inner Mongolia to Tibet. Four temperate grassland types and four alpine grassland types will be selected along the transect. Eleven types 13C and 15N dual labeled amino acids (occupying 65% of the total amino acid nitrogen in these grassland soils) and 15N labeled nitrate and ammonium will be used as tracers for a big scale in-situ labeling experiment. 13C and 15N in plants and microbial biomass will be measured. Gross mineralization rates, together with contents of amino acids and inorganic nitrogen, will be determined by 15N dilution approach. Root traits, the diversity of mycorrhizal fungi and mycorrhizal colonization will be measured. Combining these results, we will accurately estimate the contribution of low molecule weight organic nitrogen to plant nitrogen nutrition and clarify the patterns of plant nitrogen acquisition and controlling factors. Consequently, we attempt to update the nitrogen cycling of terrestrial ecosystems and explore the mechanisms responsible for plant diversity and adaption, providing supports for new generation of biogeochemical models.

本项目拟在横跨我国内蒙古和西藏自治区的我国草地样带上选取4个典型高寒草地和4个典型温性草地优势植物物种为研究对象，以占据草地土壤总氨基酸的65%以上的11种13C和15N双标记的氨基酸和2种15N标记的无机氮为标记物，开展大尺度原位标记实验，测定植物和微生物对13C和15N的吸收量，同时利用同位素稀释法测定总氮矿化速率以及无机氮和低分子量有机态氮含量，测定优势植物物种根系属性及菌根真菌多样性和菌根侵染率，准确量化土壤低分子量有机氮对我国典型高寒草地和温性草地植物氮营养的贡献，明晰草地优势植物的氮素获取模式及其控制因素，完善和发展当前的陆地生态系统氮循环模式，探讨草地植物物种多样性的维持机制及植物适应机制，为我国草地生态系统生物地球化学循环模型的进一步发展提供重要理论与数据支撑。

本项目在横跨我国内蒙古和西藏自治区的草地3000公里样带上选取4个典型高寒草地和4个典型温性草地优势植物物种为研究对象，以占据草地土壤总氨基酸65%以上的11种13C和15N双标记的氨基酸和2种15N标记的无机氮为标记物，开展大尺度原位标记实验。通过一系列的研究，本项目1)证实了高寒草地和温性草地优势物种氮素获取主要以硝态氮为主，其次是铵态氮和氨基酸态氮。草地植物偏好吸收丙氨酸、天门冬氨酸、脯氨酸、丝氨酸和甘氨酸，高寒草地和温性草地植物表现出对氨基酸吸收的相似特征。总氨基酸吸收占总氮吸收的10.5%，按照完整氨基酸吸收则占据总氮吸收的4.3%。2)解析了不同草地状态（包括放牧退化和围封恢复）对植物氮素获取策略的影响，发现植物与微生物会通过化学生态位的协同来避免彼此之间对氮素的激烈竞争。3)探究了共存的植物物种相互作用对植物氮素获取策略的影响，发现共存草种在表层土壤中存在氮素吸收的协同性。4)分析了内部（如昼夜节律）与外界环境变化对植物与微生物氮素获取的影响，证实随着施氮量的增加，植物对铵态氮和硝态氮的吸收增加。本项目共发表论文18篇，其中SCI论文17篇，中文核心期刊论文1篇。本项目结果有助于完善和发展当前的陆地生态系统氮循环模式，健全草地植物物种多样性的维持机制及植物适应机制，为我国草地生态系统生物地球化学循环模型的进一步发展提供重要理论与数据支撑。