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新闻公告
鼎湖山站鲁显楷等提出植物适应性新假说
作者: 鼎湖山站 更新时间: 2018-05-08

5月1日,美国《国家科学院院刊》(PNAS)发表了我站鲁显楷博士及其同事的最新研究成果“Plant acclimation to long-term high nitrogen deposition in an N-rich tropical forest”。通过在我国南方森林的长期氮沉降试验研究,鲁显楷博士等发现“富氮”生态系统中的植物可以通过提升自身蒸腾能力适应过量氮沉降来维持养分平衡,并提出了植物适应性的新假说。

如今人类活动引起的大气氮沉降增加及其全球化加剧了陆地生态系统氮循环的速率和进程,并导致了许多自然和半自然生态系统营养失衡。然而,原本生活在“富氮”生态系统中的植物如何适应高氮沉降呢?一直以来该问题并没有明确的答案。

鲁显楷博士及其同事针对高氮输入如何影响“富氮”热带森林系统中植物适应性的科学问题,在鼎湖山“富氮”的成熟林进行了为期十年的追踪研究,监测了植物生长动态、叶营养状态、水分利用、以及水输出动态等一系列生理生态指标。研究发现长期氮沉降加剧了土壤酸化、并促进生物可利用性盐基离子(钙和镁)的损耗(图1),这发现符合传统预期。然而,让人惊奇的是,这些森林植物仍能适应高氮环境、并能维持其元素平衡;其机理是主要是通过增加蒸腾来提升营养元素的吸收和运输,进而降低根际区水分的输出(图2)。

这些研究表明,在“富氮”系统中,氮沉降增加对植物生长影响不大,但对系统水循环将产生显著影响。如果该假说得以验证,那么高氮沉降诱发的水径流量减少会威胁到许多热带发展中地区的城市供水,因此具有重要的现实和理论意义。在氮沉降全球化背景下,该研究还首次通过森林植物适应性把生态系统“碳-氮-水”循环紧密结合起来。

论文的第一作者鲁显楷博士,十多年来一直兢兢业业地从事于氮沉降全球化对森林生态系统结构和功能影响方面的工作,在氮素生物地球化学循环领域取得了令人瞩目的成绩,其系列研究成果为维护生态系统的健康和安全提供了重要的的理论依据和实践参考价值。作为论文的通讯作者、以及生态系统管理创新研究组首席科学家,莫江明研究员首次在中国森林生态系统开展野外长期氮沉降实验研究。本研究的国际合作团队分别是来自美国斯坦福大学的Peter M. Vitousek教授/院士、马歇尔大学的Frank S. Gilliam教授、波多黎哥大学的Xiaoming Zou教授、北亚利桑那大学的骆亦其教授和弗吉尼亚大学的Todd M. Scanlon博士等。

该研究得到了国家自然科学基金重点项目和面上项目、973计划项目和中科院创青年创新促进会项目的资助。  原文链接:http://www.pnas.org/content/pnas/early/2018/04/30/1720777115.full.pdf

图1长期氮沉降对鼎湖山成熟林土壤酸化状态的影响

 

图2长期氮沉降对乔木优势植物蒸腾(a)、土壤水分输出(b)和水分利用效率(c)的影响

图3长期氮沉降对乔木优势植物光合能力(a)、月平均凋落物量(b)和森林植物相对生长速率(c)的影响





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