热带亚热带森林植物叶片性状对氮磷添加的响应及其对氮/磷限制的适应机制

Nitrogen (N) and phosphorus (P) are essential nutrients for plant metabolism and their availability can limit primary productivity. Some degree of acclimation to limiting N and/or P availability can be expected for plants that experience stable low N and/or P status. However, we still do not clearly know the plant physiological and ecological acclimation strategy to low N and/or P status at foliar scale in tropical and subtropical forests. This proposed project will be conducted in field N and P fertilization experiments located at three tropical and subtropical forests where have different N and P limiting status. We will examine dominate plants foliar functional traits, and divide the foliar N and P concentration into several fractions based on their functions in leaf. We aim to 1) have a systematic understanding of the N and P allocation strategies in different N and P limiting systems and their relationship with photosynthetic traits, 2) to clarify the effects of N and P additions on the transformation of foliar functional N and P fractions, 3) and finally to understand the physiological and ecological adaptation mechanisms of these dominated plants in tropical and subtropical forests to cope with the limiting N and/or P availability. The research results of this project can provide theoretical support for the nutrient management and the sustainable development and utilization of tropical and subtropical forests in China. Furthermore, a full understanding of adaptation mechanisms of plants in low-phosphorus environments can be used in the future to improve crops production in low-phosphorus soil environments.

氮和磷是光合作用碳同化过程所必须的养分，是限制陆地生态系统净初级生产力的最常见的营养元素。植物如果长期处于氮或磷限制的系统中会产生相应的适应机制来缓解限制性养分对自身生存的影响，但我们对其在叶片尺度的生理生态适应机制尚不了解。本项目将在我国热带和亚热带森林的野外氮磷添加实验中，通过对主要植物的叶片功能属性和氮磷组分的测定，系统的了解这些植物在处于不同氮磷限制的系统中的叶片氮磷组分的分配策略及其与叶片光合功能的关系，阐明氮磷添加对叶片功能性氮和磷组分转化与分配的影响和叶片的调控机制，明确叶片不同氮磷组分与其他相关叶片功能属性的耦合关系，解析热带亚热带森林主要植物应对氮磷限制环境的叶片生理生态适应机制。项目的研究成果可为我国热带和亚热带森林生态系统的养分管理以及森林的可持续利用等提供参考和理论支撑。此外，我们对植物在低磷环境的适应机制的了解将来可用于农业生产以提高未来低磷环境下的产量。

氮和磷是光合作用碳同化过程所必须的养分，是限制陆地生态系统净初级生产力的最常见的营养元素。植物如果长期处于氮或磷限制的系统中会产生相应的适应机制来缓解限制性养分对自身生存的影响，但我们对其在叶片尺度的生理生态适应机制尚不了解。本项目在我国热带和亚热带森林的氮磷添加实验中，通过对主要植物的叶片功能属性和氮磷组分的测定，系统的了解了这些植物在处于不同氮磷限制的系统中的叶片氮磷组分的分配策略及其与叶片光合功能的关系，阐明了氮磷添加对叶片功能性氮和磷组分转化与分配的影响和叶片的调控机制，明确了叶片不同氮磷组分与其他相关叶片功能属性的耦合关系，解析了我国热带亚热带森林主要植物应对氮磷限制环境的叶片生理生态适应机制。本项目研究发现施磷降低了叶片磷利用效率和比叶重但增加了叶片磷和氮的浓度，而施氮对叶片性状无显著影响，但显著降低了矿质养分含量。施磷对叶片光合能力无显著影响。进一步对叶片磷组分的研究发现，施磷处理增加了所有物种的代谢磷、结构磷和核酸磷组分，但其增加的尺度因种而异，其中代谢磷组分增加最多，其次是结构磷和核酸磷组分，残余态磷组分增加幅度最小。该研究表明热带森林植物通过改变叶片中磷的分布来满足光合作用对磷的需求，并且本区域热带森林的典型植物能够在低磷的土壤环境中维持相对稳定的光合速率。通过该项研究，我们发现低磷对热带森林植物的光合能力的限制比预想的要小得多。不同植物的叶片磷组分的分配策略是其重要的对低磷环境的适应机制。本项目的研究成果可为我国热带和亚热带森林生态系统的养分管理、退化土地生态恢复的树种筛选以及森林的可持续发展与利用等提供参考和理论支撑。