氮元素是限制森林生產(chǎn)力的主要養(yǎng)分元素，不同森林植物可能表現(xiàn)不同的氮吸收偏好（喜銨或者喜硝），進而減少對氮的種間競爭而促進物種共存。然而森林植物氮吸收是否存在偏好還存在一定爭議，針對氮吸收偏好還沒有統(tǒng)一的量化方法，不同研究采用不同方法和不同指標。目前，主要研究方法是以15N溶液或土壤作為吸收介質(zhì)，以氮吸收速率來指示和量化氮吸收偏好。其中通過15N溶液吸收法研究幼苗或植物根系氮吸收的方法存在明顯的不足。首先，這種方法不能考慮土壤微生物和非生物過程對氮的競爭和固持作用；第二，如果僅僅以根部為考察對象，則可能高估銨氮吸收，因為植物通常在根系轉(zhuǎn)化銨態(tài)氮為有機氮以減少銨毒害，而將硝態(tài)氮大部分轉(zhuǎn)移至葉片經(jīng)硝酸還原酶進一步轉(zhuǎn)化。另外，幼苗的研究也可能不能反映成年大樹原位氮吸收特點和偏好。因此，我們需要建立量化野外成年大樹氮吸收特點和偏好的方法。
基于此，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)研究團隊建立了成年大樹原位15N成對標記法，即對樹木根際區(qū)多點注射標記的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，追蹤植物吸收15N的速率和比例，從而計算出樹木氮吸收偏好（圖1）。前期采用該方法量化了我國北方四種主要造林樹種的氮吸收偏好（New Phytologist, 229, 3184-3194）。最近，該團隊以不同林齡的成年落葉松為對象，在標記后30天內(nèi)不同時間段采集葉片、枝條、細根和粗根測定15N的吸收速率和回收率，進一步探討：1）采集葉片是否可以反映整株樹木的氮吸收狀況，以優(yōu)化采樣器官；2）不同標記時間后所得到的氮吸收偏好是否不同，以優(yōu)化采樣時間。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用高豐度的15N標記物（豐度99%以上）對根際土壤進行標記，標記后其氮吸收偏好在30天內(nèi)無顯著差異（圖2）?？紤]氮吸收的時間和采樣操作便利性，建議標記后4天采集喬木葉片即可判斷成年大樹氮吸收偏好。該方法通過對成年大樹根際直接供給和追蹤其對不同形態(tài)氮吸收和轉(zhuǎn)運，充分考慮了土壤氮競爭和固持，考慮了氮吸收后的轉(zhuǎn)運，能真實反映成年大樹原位氮利用特點。預(yù)測該方法具有廣泛的應(yīng)用性，可以適用于不同類型森林樹木，包括闊葉樹種。此外，該團隊還對過去氮偏好研究方法進行了系統(tǒng)的梳理，對研究結(jié)果進行了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)以溶液作為吸收介質(zhì)的研究往往得到偏好吸收銨的結(jié)果，而對土壤進行標記的研究則往往發(fā)現(xiàn)更高硝氮吸收，這可能與溶液吸收法排除了土壤微生物和非生物過程對氮，尤其是對銨態(tài)氮的競爭和固持有關(guān)。
以上成果以“Quantifying nitrogen uptake and translocation for mature trees: an in situ whole-tree paired 15N labeling method ”為題發(fā)表于植物學(xué)期刊Tree Physiology。沈陽生態(tài)所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)組副研究員朱飛飛與沈陽生態(tài)所與東北大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生戴陸明為共同第一作者，方運霆研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金面上項目、“興遼英才”項目等的資助。
