我国典型草地优势物种氮素获取策略研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘敏 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 徐兴良 |
| 关键词 | 氮素吸收策略 草地 植物与微生物竞争 低分子量有机氮 根际 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 氮素是植物代谢和生长发育所必需的营养元素，在大多数生态系统中是限制植物生长的主要因素之一。尽管有部分植物能与固氮菌共生获取大气中的氮素， 但是绝大多数植物必须通过根系从土壤中获取氮素来满足自身代谢和生长发育 的需求。植物氮素获取不仅是植物自身生长的一种策略，更是生态系统氮循环中的关键环节。传统氮循环一直认为植物只能从土壤中吸收利用无机氮，即铵态氮和硝态氮，然而近 20 余年的诸多研究显示植物能从土壤中直接吸收利用低分子量有机氮如氨基酸等。尽管如此，但目前低分子量有机氮在植物氮素获取中的具体贡献率尚不清楚，因为现今大多数有关植物对有机氮获取策略的研究主要依赖于模式氨基酸——甘氨酸和其他几种氨基酸，而土壤溶液中存在约 20 种自由态的氨基酸，仅用甘氨酸等少数氨基酸作为代表难以反映土壤低分子量有机氮对植物氮素获取的贡献。正因为如此，尽管人们对氮循环认知超过一个世纪，而且海量研究探讨了植物氮素吸收状况，但是大尺度上植物的氮素获取模式依然是未知的。为了精确量化自由态氨基酸对我国草地优势种氮素获取的贡献，明晰我国典型草地优势物种氮素获取策略模式，本研究沿纵贯内蒙古草原与青藏高原的3000 余千米的草地样带，选取我国典型高寒草地和典型温带草地各4个，采用11 种 13C 和 15N 双标记氨基酸(占土壤自由态氨基酸总量 67%)和 2 种 15N 标记无 机氮(铵态氮和硝态氮)，开展了大尺度的野外原位标记实验，测定了优势植物氮 素获取、根系结构属性、以及草地不同状态下土壤微生物与植物氮素获取的竞争 情况，取得了如下主要结果： 1) 草地共存优势物种之间存在着化学生态位的分化，该分化既体现在无机氮 和有机氮上，也体现在不同形态的氨基酸上。共存的植物物种对氮的吸收策略还 存在空间生态位的分化。 2) 植物与微生物对氮素的竞争状况受气候类型和草地状态调控。高寒草地和 温性草地土壤微生物均比植物有更强的氮素吸收能力，尤其是温性草地土壤微生物对氮素的竞争能力更强。退化草地的中期恢复能够增加高寒草地植物与微生物对氮素吸收的竞争，微生物和植物对铵态氮和硝态氮吸收呈现化学生态位分化。 同中期恢复相比，长期恢复降低了植物与微生物对氮素的竞争。 3) 高寒草地和温性草地植物表现出相似的氨基酸吸收特征。总氨基酸吸收占 总氮吸收的 10.5%，而以完整氨基酸吸收占据总氮吸收的4.6%。在这些氨基酸中，丙氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、甘氨酸、脯氨酸和丝氨酸在总氨基酸吸收中 贡献的最多。完整甘氨酸只占据了总氮吸收的 0.7%和总氨基酸吸收的8.8%，仅用甘氨酸作为模式氨基酸会低估草地植物对总氨基酸的贡献。 4) 高寒草地和温性草地优势物种氮吸收以硝态氮为主，其次是铵态氮和氨基酸态氮素。高寒草地植物比温性草地植物具有更高的铵态氮吸收速率，但具有相似的硝态氮吸收速率。高寒与温性草地氮素吸收主要受土壤可利用性氮浓度和氨基酸分子量的控制，不依赖于根系属性。 综上所述，本研究发展了原位研究植物氮素获取的同位素标记方法，应用该方法解析了我国典型草地优势物种的氮素吸收模式。研究发现我国典型草地优势 植物氮吸收以硝态氮为主，其次为铵态氮和氨基酸。该模式主要受土壤可利用性氮浓度的调控，而几乎独立于植物根系属性。本研究获取的研究结果有助于深入理解陆地植物氮素获取的进化策略、生态系统演替过程、以及整合植物氮素获取模块改善生物地球化学循环模型预测全球碳-气候之间的反馈能力。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 148 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184635]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘敏. 我国典型草地优势物种氮素获取策略研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。