葉片養(yǎng)分重吸收研究取得新進(jìn)展

2021-05-07 陳浩【大中小】

　　近日，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所李德軍研究員課題組在國際權(quán)威期刊Science of the Total Environment和Functional Ecology分別發(fā)表題為Coexistence of multiple leaf nutrient resorption strategies in a single ecosystem和題為Global resorption efficiencies of trace elements in leaves of terrestrial plants的研究論文。

　　葉片養(yǎng)分回收是植物保存養(yǎng)分的一種重要機(jī)能。關(guān)于葉片養(yǎng)分回收的研究已有一個(gè)世紀(jì)的歷史。然而該領(lǐng)域的核心問題仍不清楚，即，植物葉片是如何回收養(yǎng)分的？通過對(duì)前人研究的總結(jié)，研究人員首次歸納了植物養(yǎng)分利用策略的三個(gè)基本策略：1）化學(xué)計(jì)量控制的策略；2）養(yǎng)分限制控制的策略和3）養(yǎng)分濃度控制的策略（圖 1）。

　　然而，這些策略是否能夠共存以及植物何時(shí)用何種策略仍然不清楚。為回答這些問題，研究選擇了兩個(gè)養(yǎng)分狀態(tài)完全不同的森林生態(tài)系統(tǒng)。一個(gè)是喀斯特森林，一個(gè)是非喀斯特森林?？λ固厣值奶攸c(diǎn)是土壤氮和磷含量高，植物受氮限制 (葉片N:P <14)。非喀斯特森林的特點(diǎn)是土壤氮和磷含量低，植物受磷限制 (葉片N:P >16)。這兩個(gè)養(yǎng)分差異顯著的生態(tài)系統(tǒng)為研究人員研究植物養(yǎng)分回收策略提供了非常好的平臺(tái)。

　　首先，研究發(fā)現(xiàn)了化學(xué)計(jì)量控制（策略i）的存在（圖3）：葉片的N:P 和葉片回收的N:P成顯著正相關(guān)。

　　接著，研究也發(fā)現(xiàn)了養(yǎng)分限制控制（策略ii）的存在（圖2）：在氮限制的喀斯特生態(tài)系統(tǒng)，氮回收效率（NRE）高于磷回收效率（PRE），而在磷限制的喀斯特生態(tài)系統(tǒng)，磷回收效率（PRE）高于氮回收效率（NRE）。

　　最后，養(yǎng)分濃度控制（策略iii）也被發(fā)現(xiàn)（圖4）：衰老葉片的平均N濃度（Ns）為12.8 g kg^-1（> 10 g kg^-1），平均P濃度（Ps）為1.28 g kg^-1（> 0.8 g），說明在高N和P的喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分吸收是不完全的。然而，在低N和P的非喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)中，Ns為8.37 g kg^-1（接近7 g kg^-1），Ps為0.26 g kg^-1（<0.5 g kg^-1），表明在養(yǎng)分被完全吸收。

　　以上結(jié)果首次證實(shí)了多種葉片養(yǎng)分回收策略在同一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中共存。同時(shí)發(fā)現(xiàn)這些策略可能具有不同的尺度適用性：化學(xué)計(jì)量和養(yǎng)分濃度控制的策略可能是群落尺度適用，而養(yǎng)分限制策略是物種尺度適用。該研究通過對(duì)葉片養(yǎng)分回收策略的歸納和求證進(jìn)一步提高了研究人員對(duì)葉片養(yǎng)分回收問題的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，該研究提供了一種全新的思路用于更好地理解實(shí)驗(yàn)中往往看似雜亂無章的養(yǎng)分回收數(shù)據(jù)。

　　此外，為了填補(bǔ)目前關(guān)于葉片微量養(yǎng)分回收全球格局的空白，研究者收集并提取了53項(xiàng)已發(fā)表的文章的相關(guān)數(shù)據(jù)，研究了8種微量元素的葉片重吸收效率，包括銅（Cu）、鉬（Mo）、鋅（Zn）、硼（B）、錳（Mn）、鈉（Na）、鋁（Al）和鐵（Fe）。研究人員發(fā)現(xiàn)，在8種微量元素中，重吸收效率從高到低依次為：Cu（30.3%）、Mo（29.5%）、Zn（19.5%）、B（17.6%）、Na（8.3%）、Mn（1.6%）、Fe（-24%）和Al（-55.6%）。其中，F(xiàn)e和Al的負(fù)吸收效率意味著這些元素不會(huì)被植物重吸收，反而是在老葉中積累（圖 5）。這些研究結(jié)果是對(duì)前人研究的重要補(bǔ)充（Vergutz et al. 2012），為理解植物葉片養(yǎng)分重吸收提供了更全面的知識(shí)。研究強(qiáng)調(diào)：結(jié)構(gòu)性元素（即Ca、Mg、B、Na和Mn）和潛在的有毒元素（即Fe和Al）的葉片重吸收效率相對(duì)較低，甚至沒有。這些特殊性應(yīng)在生物地球化學(xué)模型中得到充分的考慮。

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