文獻(xiàn)解讀：更高的吸收根生物量分配可改善葉片養(yǎng)分狀況，但不能減輕北蘇格蘭松的氣孔限制

日期： 2022-03-15

標(biāo)簽:

原名：Higher biomass partitioning to absorptive roots improves needle nutrition but does not alleviate stomatal limitation of northern Scots pine

譯名：更高的吸收根生物量分配可改善葉片養(yǎng)分狀況，但不能減輕北蘇格蘭松的氣孔限制

期刊：Global Change Biology

IF：10.863

發(fā)表時(shí)間：2021.05.01

第一作者：Marcin Zadworny

通訊作者：Marcin Zadworny

合作作者：Joanna Mucha,Agnieszka Bagniewska-Zadworna,Roma ?ytkowiak,Ewa M?derek,Darius Danusevi?ius,Jacek Oleksyn,Tomasz P. Wyka,M. Luke McCormack

主要單位：Institute of Dendrology, Polish Academy of Sciences, Kórnik, Poland, etc.

摘要：

? ? ? ? 惡劣環(huán)境條件同時(shí)影響葉結(jié)構(gòu)和根性狀，高緯度系統(tǒng)的枝葉生長(zhǎng)主要受光周期控制，而根系生長(zhǎng)在主要受環(huán)境溫度調(diào)控。這些器官沿環(huán)境梯度的不同敏感性可能會(huì)改變地上和地下的功能關(guān)系。該文以沿溫帶-北方森林樣帶分布的蘇格蘭松樹以及生長(zhǎng)于同質(zhì)園的不同種源樹木為研究對(duì)象，研究吸收根分配與葉片性狀之間的關(guān)系。作者將葉片氮、磷、比葉面積、針葉質(zhì)量和δ13C特征的變化與吸收根生物量的地理趨勢(shì)相關(guān)聯(lián)，以更好地理解樹木養(yǎng)分和水分平衡的變化格局。在同質(zhì)園內(nèi)，與南方種源樹木相比，北方種源樹木往吸收根的分配增加、吸收更多土壤養(yǎng)分，從而具有較高的葉片養(yǎng)分含量，然而不同種源地的葉片具有δ13C 值相似，這表明較高的吸收性根的分配并未在溫暖氣候下增加水分的供應(yīng)。這些結(jié)果表明吸收性細(xì)根的分配對(duì)樹木營(yíng)養(yǎng)的重要作用，同時(shí)也表明在氣候變化背景下，樹木的氣孔限制日益增加。

研究背景：

北方森林的低溫、短生長(zhǎng)季和低土壤養(yǎng)分特性，使得樹木需要增強(qiáng)對(duì)細(xì)根的生物量分配，以確保其獲得充足的土壤資源。蘇格蘭松 (Pinus sylvestris?L.) 是一種在歐亞大陸北部地區(qū)占主導(dǎo)地位的樹種，其較高的細(xì)根生物量分配是受遺傳控制的一種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。北方蘇格蘭松根分配隨生長(zhǎng)溫度的降低而增加，有助于樹木適應(yīng)低養(yǎng)分環(huán)境，為葉片的生長(zhǎng)和代謝提供養(yǎng)分支持。例如，在蘇格蘭松樹中，多達(dá) 38% 的葉片氮 (N) 分配給 Rubisco酶，光合能力隨土壤氮供應(yīng)而變化。然而，需要進(jìn)一步的研究來(lái)了解地上和地下器官之間的生理協(xié)調(diào)及其對(duì)根系分泌物產(chǎn)生、根際微生物的組成和活性以及沿溫帶-北方梯度的土壤有機(jī)質(zhì)礦化的影響。

根系特征的分析對(duì)于解釋地上部分的功能和全面了解樹木在環(huán)境變化下的表現(xiàn)至關(guān)重要。根和葉性狀的協(xié)變模式已經(jīng)在不同的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，但并不普遍。蘇格蘭松在關(guān)鍵根系和針葉性狀中沿溫帶-北方梯度具有顯著的種內(nèi)變異，為探討根葉關(guān)系提供了一個(gè)代表性研究對(duì)象。弄清種內(nèi)性狀之間的協(xié)調(diào)關(guān)系及優(yōu)勢(shì)樹種對(duì)環(huán)境壓力的適應(yīng)性是理解和預(yù)測(cè)北方森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化響應(yīng)的關(guān)鍵。

研究?jī)?nèi)容：

該研究通過(guò)同質(zhì)園實(shí)驗(yàn)調(diào)查了源自不同氣候區(qū)域的蘇格蘭松樹的細(xì)根和葉片性狀，并沿著溫帶-北方森林樣帶野外調(diào)查樹木特征。以SLA和針葉壽命作為葉片經(jīng)濟(jì)譜的主要維度，將葉片N和P濃度作為葉片養(yǎng)分和光合能力指標(biāo)。以δ13C特征指示植物水分利用效率和水分壓力。將這些指標(biāo)與作者先前發(fā)表的不同蘇格蘭松種群間細(xì)根投資的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，以確定細(xì)根性狀對(duì)葉片養(yǎng)分和生理功能的影響。

結(jié)果：

1. 葉片養(yǎng)分與吸收根投資有關(guān)

吸收根生物量與野外種群生長(zhǎng)地、同質(zhì)園不同種源原生地MAT均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖 1a），兩者斜率無(wú)顯著差異，但在同質(zhì)園生長(zhǎng)的樹木相比野外生長(zhǎng)的樹木具有更高的吸收根生物量。同質(zhì)園中，來(lái)自寒冷地區(qū)的樹木比來(lái)自溫暖地區(qū)的樹木具有更高的葉片N、P濃度（圖 1b、c）。同質(zhì)園中樹木的葉片N、P濃度與其原生地MAT呈負(fù)相關(guān)，而野外原位生長(zhǎng)的樹木葉片N、P濃度與生長(zhǎng)地的MAT呈正相關(guān)關(guān)系。

同質(zhì)園中生長(zhǎng)的樹木的吸收根占比與葉片N和P濃度呈正相關(guān)關(guān)系，而野外原位生長(zhǎng)的樹木的吸收根占比與葉片N、P濃度負(fù)相關(guān)。該結(jié)果表明，葉片養(yǎng)分隨吸收根碳投入的變化受環(huán)境的限制。

圖1 蘇格蘭松吸收根生物量（a）、一年生針葉氮（b）和磷（c）含量與MAT的關(guān)系?；疑c(diǎn)為沿著溫帶-北方森林梯度原位生長(zhǎng)的種群平均值，黑色點(diǎn)為同質(zhì)園實(shí)驗(yàn)不同種源樹木的種群平均值。

文獻(xiàn)解讀：更高的吸收根生物量分配可改善葉片養(yǎng)分狀況，但不能減輕北蘇格蘭松的氣孔限制

圖2 一年生針葉氮（a）和磷（b）含量與吸收根生物量占比之間的關(guān)系。

2. 葉片δ13C由當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)條件決定，而非由根性狀決定

生長(zhǎng)于同質(zhì)園中的不同種源蘇格蘭松的葉片δ13C差異較小，與其種源地的MAT無(wú)顯著關(guān)系。而不同站點(diǎn)原位采集的葉片δ13C與其站點(diǎn)的MAT呈正相關(guān)。δ13C在樣帶間的變異性顯著高于同質(zhì)園內(nèi)的變異性。而吸收根投入比例與δ13C間無(wú)顯著關(guān)系。這些結(jié)果共同表明植物生長(zhǎng)地點(diǎn)的溫度與增加的吸收根相比，對(duì)水分利用效率的影響更大。

圖3 葉片δ13C與樹木生長(zhǎng)地（灰色點(diǎn)）或種源地（黑色點(diǎn)）MAT的關(guān)系（a），及葉片δ13C與吸收根占細(xì)根生物量的比例的關(guān)系（b）。

3. 葉片壽命和結(jié)構(gòu)

葉片壽命與其原生地的MAT正相關(guān)（圖4a），并且在同質(zhì)園生長(zhǎng)的樹木葉片壽命顯著低于在原生地生長(zhǎng)的樹木。此外，同質(zhì)園內(nèi)的一年生葉片生物量與其種源地的MAT無(wú)顯著關(guān)系，而沿樣帶生長(zhǎng)的樹木一年生葉片生物量與站點(diǎn)的MAT呈正相關(guān)關(guān)系。然而，在原生地氣溫一致的情況下，同質(zhì)園的樹木的一年生葉片生物量高于在野外原位生長(zhǎng)的樹木，這表明在同質(zhì)園內(nèi)的樹木相比野外樣帶生長(zhǎng)的樹木具有更好的營(yíng)養(yǎng)條件。另一方面，野外原位生長(zhǎng)的樹木和同質(zhì)園生長(zhǎng)的樹木的SLA均與原生地MAT呈正相關(guān)關(guān)系，且其截距和斜率無(wú)顯著差異。

這些結(jié)果證實(shí)了葉片壽命——這一關(guān)鍵的功能性狀對(duì)氣溫升高的適應(yīng)能力，但SLA和葉片生物量隨溫度升高的增加的潛力相對(duì)有限。

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圖4 葉片壽命（a）、一年生葉片生物量（b）和比葉面積與MAT的關(guān)系。

論文id：?https://doi.org/10.1111/gcb.15668

原文網(wǎng)絡(luò)連接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.15668

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