华北油松林树干木质部液流氮素组分和稳定同位素变化特征

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环境变化(如全球变暖和大气污染)造成大气氮沉降不断增加。过高的氮输入改变了森林生态系统氮素状态和循环过程。其中,树干木质部是树木从根部将水分、营养物质和代谢产物运输到叶片的主要通道。研究木质部液流氮素组分和浓度变化是解析森林树木氮素利用过程的关键信息,能够提高对森林生理生长状态及其如何响应环境变化的诊断评估。基于此,本研究选取京津冀地区人工油松林为研究对象,探讨了原位条件下成年树树干木质部液流的采集方法,并分析了树干木质部液流氮素化学组成和氮稳定同位素的昼夜变化过程及其轴向运输特征。结果表明:
  (1)离心法与水置换法采集到的油松树木质部液流化学组分浓度无显著性差异,并以钾离子浓度(钾离子与细胞渗透性有关)为检验指标,验证了离心法污染木质部液流的程度可忽略,说明离心法提取木质部液流是可行的,这为研究原位条件下成年树树干氮素运输和分配过程提供了一个非常实用的方法。
  (2)在生长季末期,树干木质部液流氮素组分以DON为主,NO3-和NH4+次之。相比成年树,幼年树树干木质部液流运输更多的无机氮(以NO3-为主)。此外,树干木质部液流氮素组成及其δ15N呈现明显的昼夜变化,TN浓度值在中午达到最大值;DON浓度值在下午达到顶峰值;NO3-浓度值却在下午达到最小值。这可能是由于树木蒸腾引起木质部液流氮素稀释-浓缩效应和树木各组织器官之间协调合作来满足自身氮需求有关。
  (3)油松树干木质部液流氮素浓度及其δ15N轴向运输变化明显,木质部液流δ15N从根部运输到冠层过程中先减小后增大,并与韧皮部液流δ15N呈显著性正相关,这说明树干木质部液流长距离运输途中与韧皮部液流进行了密切的交换活动;并探讨了树干木质部液流与其它组织(如细根和叶片)以及土壤氮素浓度和稳定同位素组成的相关关系,这为深入揭示森林树木氮素运输和利用过程提供有用的信息。
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