森林冠層中存在一個有趣的悖論：盡管冠層存在嚴峻的養(yǎng)分限制(如氮和磷)，但仍有超過31000種附生維管植物在此茁壯成長。受限于附生植物的三維空間分布特征和采樣難度，長期以來，附生植物的氮獲取和利用策略一直處于模糊狀態(tài)。一些研究利用葉片氮同位素自然豐度（δ15N）替代植株δ15N來探索附生植物的N經(jīng)濟學。然而，葉片δ15N受氮源信號以及氮吸收、利用和同化過程中體外和體內(nèi)15N分餾效應的顯著調(diào)控。而現(xiàn)有研究中，常基于冠層生境中附生植物存在嚴重的氮限制，假定其在氮吸收和利用過程中不存在或僅存在微弱的15N分餾效應。然而，這一假設的因和果均缺乏廣泛的實證支持，導致在利用葉片δ15N推斷附生植物N經(jīng)濟學時面臨著復雜的不確定性。針對其中附生植物體內(nèi)（葉-根）15N分餾的科學問題，目前尚不清楚：（1）附生維管植物體內(nèi)是否普遍發(fā)生15N分餾？（3）如果15N分餾發(fā)生，分餾程度如何？（3）驅(qū)動機制和特征如何？

中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)研究團隊在云南西雙版納熱帶地區(qū)不同生境(版納植物園、勐侖鎮(zhèn)、213國道沿線和銀廠)中，采集了涵蓋多個類群的24種附生維管植物的葉片和根系材料，測定其C、N含量及δ13C、δ15N，系統(tǒng)回答了上述科學問題。結果表明：1)附生維管植物葉-根間15N分餾效應( 0.43‰)較小，與地生植物(2‰)相比，反映了森林冠層比地面生境存在更嚴重的N限制; 2)附生植物的葉-根15N分餾在不同分組間保持相對一致，但具有顯著的物種特異性，且與系統(tǒng)發(fā)育無顯著相關，反映了外部N源及其N獲取策略的綜合影響; 3)附生植物的葉-根15N正分餾主要與葉片N、根C相關，而負分餾與葉片δ13C相關，暗示不同因素(如外部氮源、水分虧缺和氮獲取策略)驅(qū)動著其體內(nèi)15N分餾過程。

這些發(fā)現(xiàn)，不僅證實熱帶地區(qū)附生類群與陸生類群(P限制)存在不同的營養(yǎng)限制模式，而且首次系統(tǒng)闡明了附生維管植物體內(nèi)15N分餾效應及驅(qū)動因素。研究還表明，附生植物存在小但顯著的葉-根15N分餾;在充分考慮此分餾效應的前提下，分析葉片δ15N可以準確解析熱帶附生植物的N動態(tài)。同時，研究強調(diào)了環(huán)境因素與物種特異性在不同尺度研究中需予以綜合權衡考慮。該研究對基于氮同位素技術探索維持森林冠層植物多樣性的潛在機制具有重要價值。

相關結果以Group-consistent but species-specific nitrogen isotope fractionation between leaves and roots in tropical vascular epiphytes為題發(fā)表于重要學術期刊Journal of Ecology上。版納植物園恢復生態(tài)學研究組已畢業(yè)碩士研究生周春艷為第一作者，李蘇研究員和蘭州大學納小凡副教授為共同通訊作者，譚運洪正高級工程師、云南林業(yè)職業(yè)技術學院劉強教授等也參與該項工作。該研究得到國家自然科學基金、興滇英才計劃青年拔尖人才專項、版納植物園“十四五”規(guī)劃等項目資助，以及園林園藝部門、公共技術中心和西雙版納州國家級自然保護區(qū)管護局的大力支持。

圖1實驗人員野外采樣

圖2云南西雙版納熱帶地區(qū)附生維管植物N和δ15N分布特征

圖3云南西雙版納熱帶地區(qū)不同處理組附生維管植物N和δ15N的分布特征

圖4云南西雙版納熱帶地區(qū)附生維管植物根葉分餾(?15Nleaf?root)驅(qū)動因素