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    寇亮等在森林根系过程方面取得系列研究进展
    2020-08-27 | 编辑: | 【 】【打印】【关闭

      根系是植物的地下资源获取器官,也是生态系统的重要功能组分,其属性和过程对环境变化尤为敏感。根系过程是关键根属性在时间序列上的连续量化,可动态评估环境变化对植物地下资源获取策略和生态系统功能的影响。根系过程主要包括:根生命周期过程 (生长、死亡、周转)、根生长物候过程 (萌生、峰值、停止)以及根分解过程 (碳与养分释放)。基于长期的野外和室内控制实验,寇亮等在森林根系过程对环境变化的响应与适应机制方面取得如下进展: 

      (1) 首次基于功能模块理论,揭示吸收根与运输根生命周期过程对氮沉降的响应机制。通过氮沉降模拟试验和微根窗技术,连续4年动态追踪了近10000条湿地松吸收根和运输根,发现氮添加促进了地下吸收根的生长、死亡和周转,但对运输根的生命周期过程无影响;其内在机制是植物应对氮沉降加剧磷限制所做出的碳分配和养分获取策略之间的权衡,即树木分配更多的碳给吸收根,同时加快其周转以获取限制性养分 ()。氮沉降导致的吸收根周转加快,增加了植物向土壤的碳输入,在一定程度上解释了人工林土壤碳汇的形成机制。 

      (2) 创新定义菌根生长物候不同阶段,明确菌根过程的环境主控因子及其对氮沉降响应的敏感性差异。基于氮沉降模拟试验平台和微根窗技术,发现菌根生长时机 (物候)主要受温度调控,尤其是菌根萌生和生长停止;而菌根生产的量主要受水分调控,并在旱季达到峰值。氮沉降促进菌根生产,延长菌根寿命,但不影响物候过程。相较于氮沉降加快吸收根周转,其促进菌根生产并延长菌根寿命以缓减磷限制可能更有效,尤其在季节性干旱情况下。这一重要发现,系统揭示了氮沉降增加的情境下,树木吸收根与共生真菌在满足植物水分和养分需求方面的协调与权衡。 

      (3) 发现氮沉降影响根系分解有别于叶片分解的新机制以及树种多样性的调控作用。通过吸收根和叶片分解控制实验,发现叶片、吸收根分解在混合条件下均快于单独分解,表明树种多样性增加会同时加快地上和地下凋落物的养分归还。此外,氮沉降对叶片分解的影响主要通过改变微生物的酶活性 (微生物机制),而对吸收根单独分解的抑制作用主要通过促进分解过程中无机氮离子与根分解底物中酸不溶组分的结合 (化学机制);氮沉降不影响根混合分解,表明树种多样性增加可缓解氮沉降对根分解的影响。     

      (4) 揭示菌根类型和生境对吸收根属性-分解关系的调控机制。基于温带和亚热带森林30个树种吸收根分解实验,发现丛枝菌根树种中,较粗的吸收根具有较低的酸不溶组分,分解更快;而外生菌根被子树种中,较粗的吸收根具有较高的镁含量,分解更慢,其潜在原因是镁离子常与外生菌根化学防御相关的次生代谢物络合。相比温带森林,亚热带森林中根直径与分解速率种间变异更为相似,二者关系也更协同。上述结果表明,菌根类型和生境影响根属性-分解关系;根直径可预测根分解,但在丛枝和外生菌根树种中方向相反,机制也截然不同。 

      研究成果发表于植物科学权威期刊《New Phytologist, IF=8.512》及相关领域Top期刊。上述研究获得国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目资助。 

      相关论文(*通讯作者,#同等贡献): 

      1.  Jiang L, Wang HM, Li SG, Fu XL, Dai XQ, Yan H, Kou L*. Mycorrhizal and environmental controls over root trait-decomposition linkage of woody trees. New Phytologist, 2020 (一区, IF=8.512)   

      2.  Kou L*, Li SG*, Wang HM, Fu XL, Dai XQ. Unaltered phenology but increased production of ectomycorrhizal roots of Pinus elliottii under 4 years of nitrogen addition. New Phytologist, 2019, 221: 2228-2238 (一区, IF=8.512)   

      3.  Kou L*, Jiang L, Fu XL, Dai XQ, Wang HM, Li SG*. Nitrogen deposition increases root production and turnover but slows root decomposition in Pinus elliottii plantations. New Phytologist, 2018, 218: 1450-1461 (一区, IF=8.512)   

      4.  Jiang L, Kou L*, Li SG*. Decomposition of leaf mixtures and absorptive-root mixtures synchronously changes with deposition of nitrogen and phosphorus. Soil Biology & Biochemistry, 2019, 138: 107602 (一区, IF=5.795)   

      5.  Jiang L, Kou L*, Li SG*. Alterations of early-stage decomposition of leaves and absorptive roots by deposition of nitrogen and phosphorus have contrasting mechanisms. Soil Biology & Biochemistry, 2018, 127: 213-222 (一区, IF=5.795)   

      6.  Yan H, Kou L*, Wang HM, Fu XL, Dai XQ, Li SG. Contrasting root foraging strategies of two subtropical coniferous forests under an increased diversity of understory species. Plant and Soil, 2019, 436: 427-438 (二区, IF=3.299)   

      7.  Kou L#, Chen WW#, Jiang L, Dai XQ, Fu XL, Wang HM, Li SG*. Simulated nitrogen deposition affects stoichiometry of multiple elements in resource-acquiring plant organs in a seasonally dry subtropical forest. Science of the Total Environment, 2018, 51: 947-957 (一区, IF=6.551)   

      8.  Kou L, McCormack ML, Chen WW, Guo DL, Wang HM, Gao WL, Yang H, Li SG*. Nitrogen ion form and spatio-temporal variation in root distribution mediate nitrogen effects on lifespan of ectomycorrhizal roots. Plant and Soil, 2017, 411: 261-273 (二区, IF=3.299) 

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