植物功能性状在调节新疆野苹果幼苗生长响应氮、磷添加中的作用

　　

                           

新疆野苹果（Malus sieversii）主要分布于中国、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦以及塔吉克斯坦的中亚天山山脉地区，是天山野果林的主要建群种之一，已被证明是世界栽培苹果的祖先，是“一带一路”沿线重要的战略生物资源。近年来，由于人类活动、病虫害以及气候变化等多重因素，我国境内天山野果林生态系统受损严重，尤其是在新疆伊犁地区新源县，新疆野苹果出现了成片、大量衰败和死亡的现象，死亡率高达80%，让人触“木”惊心。研究发现，新疆野苹果还面临着种群更新受阻，幼苗库严重不足，亟需对新疆野苹果种群采取适当的人工抚育措施，从而为新疆野苹果的合理保护利用提供理论依据。

氮（N）、磷（P）是植物生长必需的两种养分元素，氮、磷有效性与植物生长的关系历来都是学者们关注的焦点。目前，在全球范围内已开展了许多氮、磷添加对树木生长和植物功能性状的控制实验，多数研究发现，不同树种的生长对N、P添加的响应不尽相同，这种差异在很大程度上取决于植物功能性状的异同，也会受到多种生物、环境和实验处理条件等因素的影响。与N添加相比，单独P添加以及N、P添加双因子交互实验仅在全球个别区域零星分布。此外，树木生长响应氮、磷添加的生理学机制以及植物功能性状在调节与预测树木生长响应氮、磷添加中的作用尚不明晰。

针对上述问题，中国科学院新疆生态与地理研究所张元明研究员团队选择一年生新疆野苹果幼苗为研究对象，在退化最为严重的新源县野果林改良厂对其进行为期4年的养分添加实验，通过研究其气体交换参数、水分传输的有效性和安全性等功能性状对不同水平氮添加（N10、N20和N40）、磷添加（P2、P4和P8）以及氮、磷交互（N20Px和NxP4）的响应特征，并利用植物性状网络分析（PTNs）探究多个性状之间的协调性在不同水平之间的差异，以期确定该区域新疆野苹果幼苗最佳的养分管理措施。

结果表明：新疆野苹果幼苗在生理水平（光合作用、蒸腾作用、水分传输）上对N添加、P添加及N×P交互具有差异性响应，N×P交互作用对所测定的性状均无显著性影响。养分添加下净光合速率的结构方程模型结果表明，N添加、P添加及N×P交互的直接影响为正效应，但是，总体效应则不同，N添加为正效应，而P添加及N×P交互为负效应。总体而言，N10和N20是该地区新疆野苹果幼苗最有效的养分管理措施。

此外，性状网络分析发现，新疆野苹果幼苗能够采取不同的功能性状组合方式来应对养分添加的变化，由此可看出，植物功能性状之间的关系在新疆野苹果幼苗对养分变化适应性中的重要性，为促进种群更新提供关键科学依据。这一研究成果有助于深入理解新疆野苹果幼苗抚育过程中的养分需求，对天山野果林生态系统制定保护和管理策略具有重要的科学意义和实践价值。

相关成果以“Balancing the nutrient needs: Optimising growth in Malus sieversii seedlings through tailored nitrogen and phosphorus effects.”为题发表在Plant, Cell & Environment。该研究得到中国科学院西部学者项目和自治区自然科学基金等项目支持。

文章链接：https://doi.org/10.1111/pce.15100

图1?不同N、P添加方式和水平对新疆野苹果幼苗各功能性状的影响

图2 不同N、P添加方式和水平对新疆野苹果幼苗影响的模式图