溫帶森林植物的冬季氮吸收能力及氮利用策略

　　冬季北半球近50%的陸地生態系統經歷季節性積雪覆蓋和土壤凍結。由于積雪或冰凍層的絕熱作用，主要影響植物生理生態活動的土壤氮素礦化作用仍在進行。傳統觀點認為，落葉植物在冬季進入休眠狀態并停止吸收養分。然而，已有研究證實亞北極灌叢、北方森林和溫帶森林中常綠和落葉植物根系在冬季均具有顯著活性。溫帶森林落葉植物在冬季是否可以吸收利用氮素尚不明確。

　　中國科學院植物研究所研究員王仁忠研究組以我國溫帶森林為研究對象，利用13C15N雙標同位素示蹤，揭示溫帶森林中喬木、灌木及草本植物的冬季氮吸收能力及氮利用策略。研究發現，落葉喬木和灌木在整個冬季的氮吸收能力與常綠植物相當，而草本植物僅在融雪期才開始利用氮素。不同功能型植物均可以利用無機氮和簡單氨基酸，只有喬木可以利用復雜氨基酸。溫帶常綠和落葉喬木在冬季吸收的銨態氮和甘氨酸顯著高于硝態氮和酪氨酸，而落葉灌木和草本植物在冬季吸收硝態氮顯著高于其他形態氮。研究人員結合北半球植物氮吸收能力的相關研究，進一步提出了季節性積雪覆蓋生態系統冬季氮吸收的概念模型。該模型認為土壤微生物、常綠植物和落葉植物在冬季存在強烈的氮競爭，且不同功能型植物氮利用策略不同。上述發現為理解溫帶生態系統氮循環模式提供了新視角。

　　相關研究成果近期發表在Journal of Ecology上。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發計劃的資助。

　　季節性積雪覆蓋的生態系統冬季氮吸收概念模型。（A）傳統的冬季氮吸收概念模型；（B）修正后的冬季氮吸收概念模型。