氮是限制陸生植物生長的主要營養元素。植物可利用土壤中的無機態氮，如銨態氮、硝態氮和可溶解有機氮以維持生長和調節光合作用等。不同森林植物對不同形態的氮并非均等利用，氮吸收策略是影響森林生產力和維持生物多樣性的重要機制。以往研究多認為針葉樹種偏好吸收銨態氮，然而這些研究主要利用水培實驗對幼苗或幼齡樹的細根進行研究，忽略了土壤微生物對于銨態氮的競爭以及土壤有機質對氮素的固持作用，不能真實反映野外成年大樹氮利用特點。
基于此，中國科學院沈陽應用生態研究所穩定同位素生態學研究團隊首次建立了成年大樹原位15N成對標記法（圖1），揭示了東北地區四個主要針葉樹種（紅松、云杉、樟子松和落葉松）成年大樹氮吸收策略。研究發現這四個針葉樹種均表現出對硝態氮的高效吸收，占總氮吸收的39~90%（圖2），不同于以往水培實驗所發現的針葉樹種偏好吸收銨態氮（55~98%）的結論。本研究首創的成年大樹原位15N成對標記法研究植物氮吸收偏好充分考慮了土壤微生物和非生物過程對土壤氮素的競爭和固持作用，真實反映成年大樹原位氮利用特點。另外，從植物養分供給和吸收角度來看，針葉樹種對硝態氮的高效利用能力暗示氮沉降加劇和硝態氮比例增加未必對其生長不利，我們可能需要重新評估針葉樹種對全球變化的響應和適應性，為模型預測和森林養分管理提供數據和機制更新。未來我們將對更多的針葉和闊葉樹種進行類似的研究以檢驗森林植物硝態氮利用是否具有普遍性。
該成果以“Mature conifers could assimilate nitrate as efficiently as ammonium from soils in four forest plantations”為題發表于植物學權威期刊New Phytologist（DOI: 10.1111/nph.17110，IF = 8.5）。方運霆研究員與東北大學李英華教授為共同通訊作者，沈陽生態所與東北大學聯合培養碩士研究生周煦倫、沈陽生態所穩定同位素生態學組助理研究員王盎為共同第一作者。該研究得到了國家重點研發計劃項目、中國科學院前沿科學重點研究項目、興遼英才項目和國家自然科學基金資助。
圖1.成年大樹原位15N成對標記法示意圖
圖2.銨態氮和硝態氮對四種主要針葉樹種的吸收貢獻
