氮素形态与氧供应对卡开芦苇生长适应性及氮吸收效率的调控机制研究

本研究针对湿地植物在氮污染治理中面临的氮源选择与低氧胁迫问题，以热带芦苇(Phragmites karka)为对象，探究NH4+、NO3-和NH4NO3三种氮源及常氧/低氧条件下其生长形态与氮利用效率的响应规律。发现常氧时该植物优先利用NH4+并表现出更高生物量，而低氧下NO3-供给能维持更稳定的根系结构，揭示了氮素形态依赖的缺氧适应策略，为湿地修复植物筛选提供理论依据。

　　

随着全球人口增长和农业活动加剧，氮素通过面源污染进入水体引发富营养化问题日益严重。铵盐(NH₄⁺)和硝酸盐(NO₃^-)作为主要无机氮形态，其在水体中的比例受降雨和土地利用影响显著。虽然人工湿地等生态工程被广泛用于氮污染控制，但湿地植物在实际应用中常面临低氧环境的严峻挑战——水淹导致的缺氧条件会抑制根系呼吸，进而影响植物对氮素的吸收与同化效率。更复杂的是，不同氮源的同化过程对能量需求存在显著差异：NH₄⁺在根部直接同化虽耗能较少，但可能引发氨毒性和更高的耗氧需求；而NO₃^-虽主要在叶片同化减轻根部氧耗，其还原过程却需要更多能量。这种"氮源-氧耗"的复杂互作机制，使得解析湿地植物在低氧环境下的氮素利用策略成为生态修复工程优化的关键科学问题。

在此背景下，泰国清迈大学的研究团队以热带地区常见湿地植物卡开芦苇(Phragmites karka)为研究对象，通过控制实验系统比较了三种氮源(NH₄⁺、NO₃^-和NH₄NO₃)和两种氧条件(常氧与低氧)下植物的生长表现、形态可塑性和氮去除能力，相关成果发表在《Aquatic Botany》。研究采用温室控制实验，选取14天龄幼苗随机分为6组处理(n=10)，在500 μM氮浓度下培养77天，通过测定生物量、根系形态、氮移除量等指标揭示适应机制。

植物生长与形态
在常氧条件下，NH₄⁺供给组表现出显著更高的总干重(较NO₃^-组提高27.3%)和根系生物量，同时氮利用效率(NUE)提升19.8%，证实其对NH₄⁺的偏好性。低氧胁迫使所有处理组生物量平均降低41.2%，其中NH₄⁺组表现出更剧烈的根系萎缩(根长减少53%)，而NO₃^-组维持了相对稳定的根冠比。

氮移除能力
常氧时NH₄⁺组的铵移除量是NO₃^-组的1.8倍，但低氧使该优势消失。值得注意的是，NO₃^-组在低氧下仍保持82%的氮移除效率，显著高于NH₄⁺组的45%，表明硝态氮供给能增强缺氧耐受性。

讨论与结论
该研究首次系统揭示了P. karka的"双模式"适应策略：在富氧环境中优先利用NH₄⁺实现高效生长，而在缺氧时则通过调节生物量分配(增加根冠比)和维持NO₃^-吸收来保存能量。这种氮源依赖的适应模式与不同氮同化途径的耗氧特性密切相关——NH₄⁺在根部的同化虽节省能量但增加局部氧耗，而NO₃^-的叶片同化减轻了根系氧压力。研究成果不仅为湿地植物应对环境变化的生理机制提供新见解，更指导了生态工程中植物配置策略：在周期性淹水区域宜选用NO₃^-耐受型品种，而稳定富氧环境则可优选NH₄⁺高效型植物以提升氮去除效率。