贵州大学马尾松团队在养分调控植物干旱响应作用方面取得系列进展

贵州大学马尾松团队在养分调控植物干旱响应作用方面取得系列进展

  干旱导致树木死亡和森林衰退已成为全球气候变化研究热点。探究树木干旱致死机理、探索缓解干旱响应的可行途径是植物生理生态学研究的关键问题。目前，与光合碳合成和分配途径相关的“碳饥饿”假说被认为是树木干旱致死的重要原因之一。提高土壤养分有效性可促进树木光合碳吸收，改变光合碳在地上-地下器官中的分配利用模式。然而，提高土壤养分有效性是否能通过调节植物光合碳利用策略，进而提高树木抗旱能力仍有待进一步研究。

     近日，贵州大学贵州省森林资源与环境研究中心欧阳胜男副教授、段洪浪教授、铁烈华副教授联合广西大学申卫军教授、瑞士联邦森林、雪与景观研究所Arthur Gessler教授、李迈和教授等相关学者在国际林学经典期刊《Tree Physiology》上发表题为 “Divergent role of nutrient availability in determining drought responses of sessile oak and Scots pine seedlings: evidence from 13C and 15N dual labeling”的研究论文，详细阐述了干旱前期养分添加对无梗花栎（Quercus petraea）和欧洲赤松（Pinus sylvestris）干旱响应中碳-氮利用方式的影响。研究结果表明养分有效性在植物干旱响应中的作用受养分添加浓度及树种的影响。该成果是继欧阳胜男于2021年在《Tree physiology》发表题为“Root carbon and nutrient homeostasis determines downy oak sapling survival and recovery from drought”科研论文的持续深入研究。

     本研究以欧洲森林重要的造林树种无梗花栎和欧洲赤松幼苗为研究对象，连续两年采用13C和15N同位素双标记的方法，探究了前期养分添加对后期干旱处理中各器官的生物量、非结构性碳水化合物（NSC）、氮浓度、新吸收的碳和氮相对分配量及幼苗死亡率的影响（图1）。结果表明，前期养分添加会促使无梗花栎优先将光合碳和养分分配到地上部分，降低根系生物量和储存器官的NSC含量，进而导致无梗花栎在极端干旱情形下更早死亡（图2）。但由于欧洲赤松具有保守的养分利用策略，养分添加对欧洲赤松碳、氮和生物量分配影响较小，使得欧洲赤松没有表现出养分添加加快干旱致死的现象。

    本文章发表后，随即获得国际同行在《Tree physiology》期刊题为“What is the role of soil nutrients in drought responses of trees?”的正面评述（Rehschuh and Ruehr，2023）。该评述认为欧阳胜男等人为土壤养分有效性、碳-氮分配动态和干旱敏感性之间的复杂作用提供了令人兴奋的新见解。

     本研究以欧洲森林的优势阔叶树种绒毛栎（Quercus pubescens）幼苗为研究对象，经过持续三年干旱和养分添加处理后进行28天复水，测定了干旱和复水期间绒毛栎幼苗的叶片光合作用、凌晨水势、各器官的NSC浓度动态及生物量变化，探究了干旱、养分添加及两者的交互作用如何影响复水后绒毛栎生理过程的恢复。结果表明，极端干旱致使绒毛栎幼苗发生根系碳匮乏，根系中储存的NSC对于复水过程中植物生理功能的恢复具有重要意义（图3和4）。然而，干旱期间养分添加对绒毛栎应对干旱和复水后生理过程的恢复影响较小。

     上述成果较全面地揭示了干旱前养分添加、干旱中养分添加以及恢复后养分有效性对不同树种幼苗碳-氮利用过程的影响，验证并丰富了Arthur Gessler等人（2016）发表在《New Phytologist》上关于养分有效性调节植物干旱响应的理论框架。研究结果可为未来干旱加剧背景下提高林木幼苗的抗旱性评价、造林树种筛选以及苗木培育等提供重要参考。