外生菌根对有机氮的获取介导了温带优势树的 CO2 施肥反应

外生菌根对有机氮的获取介导了温带优势树的 CO2 施肥反应

摘要：植物-菌根相互作用介导植物氮 (N) 限制，并可以为模型预测提供二氧化碳增加对植物生长影响的持续时间和强度。我们提出了树木年代学证据，表明北方红橡木对沿着成熟温带森林中自然土壤养分梯度增加的环境二氧化碳 (iCO2) 产生积极但依赖于环境的施肥反应。我们通过将外生菌根 (ECM) 真菌 N 觅食性状的宏基因组测量与植物吸收土壤有机质 (N-SOM) 中无机 N 和 N 的树木年代学模型联系起来，研究了这种异质反应。N-SOM 推定在无机氮可用性低的条件下促进了树木的生长，土壤条件下 ECM 真菌群落具有更大的基因组潜力来衰减 SOM 并获得 N-SOM。这些树经过 38 年的 iCO2 施肥。相比之下，占据无机富氮土壤的树木承载着 ECM 真菌群落，其 SOM 衰变能力降低，并对 iCO2 表现出中性生长反应。这项研究阐明了 ECM 真菌群落中 N 觅食性状的分布如何控制树木对 N-SOM 的访问以及随后对 iCO2 的生长反应。

导读：

人为 [CO2] 上升和地球系统模型 (ESM) 已在全球范围内刺激了总初级生产力 (GPP)，这表明这种影响可能会持续到 2070 年。虽然全球规模的研究推断出历史施肥效应适中，但有证据表明，在成熟森林的生态系统规模已证明难以捉摸。这种不一致限制了 ESM 中施肥效应的准确约束，这对于预测可能继续减少人为排放的陆地碳反馈至关重要。在成熟森林中操纵 CO2 富集实验记录了对升高的 CO2 (eCO2) 的积极的、尽管适度的、饱和的增长反应。调查植物生物量对增加的环境 CO2 (iCO2) 的长期响应的树轮研究通常观察到微弱的施肥效应。这些观察结果与早期演替生态系统中观察到的显着反应形成对比，表明 CO2 的任何刺激作用都可能是短暂的。有限的氮 (N) 可用性，特别是在成熟森林中，广泛涉及限制对 CO2 的实验和环境生长响应。

部分结果：

不同氮 (N) 形式对树木生长的假设贡献（红色和橙色线；y 轴）以及树木对 CO2 (iCO2) 历史增加的响应。

植物氮的限制通常与无机氮的可用性有关，无机氮是通过土壤有机质 (SOM) 的微生物矿化获得的。相比之下，土壤有机质 (N-SOM) 中有机结合的 N 是迄今为止最大的土壤 N 生态系统库，通常被认为是植物无法进入的，并且很少被建模以促进 ESM 中的植物 N 预算。然而，人们对获取 N-SOM 可能使某些植物“短路”限制无机 N 供应率的可能性重新产生兴趣。事实上，估计预测，除了无机 N 源外，N-SOM 的获取，对于调节对 eCO2 的持续和积极的植物生长反应是必要的。由于现有的无机氮供应率可能不足以维持持续的施肥响应，因此可以通过考虑 N-SOM 和无机氮对植物生长的共同贡献来改进 iCO2 下 GPP 的预测。

引用格式：

Pellitier, P.T., Ibáñez, I., Zak, D.R. et al. Ectomycorrhizal access to organic nitrogen mediates CO2 fertilization response in a dominant temperate tree. Nat Commun 12, 5403 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-25652-x

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