根氮再分配(RNR)作为植物从土壤直接吸收氮素的互补氮利用策略,在促进植物地上部生长和维持物种共存方面发挥着关键作用,特别是在多年生植物占优势的草地生态系统中。然而,目前关于根氮再分配对植物生长的贡献程度,及其在根系经济空间中的定位研究仍处于空白阶段。
韩兴国/姜勇团队依托2017年在中国科学院额尔古纳森林草原过渡带生态研究站建立的硫添加(0、1、2、5、7.5、10、20、50 g S m⁻² yr⁻¹)模拟土壤酸化控制实验,在刈割地上植物后,设置了两年的15NH415NO3(50 mg 15N m-2)示踪微区实验。15N标记处理21天后,量化不同植物功能群的氮吸收和根氮再分配。结合全球数据整合分析,发现根氮再分配与根直径(RD)正相关,与比根长(SRL)和AMF侵染率负相关,表明根氮再分配在根系经济空间中属于保守型性状。野外实验发现,莎草、禾草和杂类草氮利用策略沿着获取型到保守型方向变化,即获取型的莎草再生长主要依赖从土壤中直接吸收氮素,保守型的杂类草再生长对根氮再分配的依赖性较高,禾草的氮吸收与丛枝菌根真菌(AMF)侵染率显著正相关。并且,莎草和禾草的根氮再分配随土壤酸化程度增加而升高,杂类草的根氮再分配则随土壤酸化加剧而降低。上述研究结果表明,根氮再分配是草地植物重要的氮利用策略,对植物氮获取和生长具有关键作用。此外,应将根氮再分配作为一种资源保守型性状纳入根经济空间框架中。
上述研究结果近期被Plant, Cell & Environment接受发表,河北大学生命科学学院师资博士后张英为论文第一作者,王汝振教授为通讯作者,姜勇教授,韩兴国教授,刘贺永研究员,硕士生薛凯丽,澳大利亚悉尼大学Feike A. Dijkstra教授,西班牙巴塞罗那自治大学Jordi Sardans 和Josep Peñuelas教授,德国柏林自由大学Matthias C. Rillig教授为论文共同作者。该项研究得到国家自然科学基金项目(32222056、32271677)等项目资助。
Zhang Y, Wang RZ*, Xue KL, Dijkstra F, Sardans J, Liu HY, Rillig M, Peñuelas J, Han XG, Jiang Y. 2025. Expanding the root economics spectrum with root nitrogen reallocation. Plant, Cell and Environment, Doi: 10.1111/pce.70051

图1 根氮再分配(RNR)研究在全球范围的分布情况(A),以及根氮再分配与比根长(SRL, B),根直径(RD, C),菌根侵染率(D)和土壤pH(E)的相关关系。

图2 硫添加导致的土壤酸化对莎草、禾草和杂类草直接氮吸收和根氮再分配的影响

图3 硫添加对植物功能群根系功能性状,AMF侵染率和根氮含量的影响

图4 氮吸收和根氮再分配与根系经济空间的关系(A),层次分割量化氮吸收、根系氮再分配、根系功能性状及AMF侵染率对莎草、禾草和杂类草再生长生物量的相对贡献(B)

图5 根系经济空间示意图展示获取型莎草、中间型禾草和保守型杂类草的氮吸收、根氮再分配和根系性状特点,及氮吸收和根氮再分配对三个功能群再生长的相对贡献