Tansley Review No. 95 15 N természetes bőség a talaj-növény rendszerekben

Talajtani szekció, Erdőökológiai Tanszék, Svéd Agrártudományi Egyetem, S ‐ 901 83 Umeå, Svédország

Agrártudományi Egyetem Umeå

Talajtani szekció, Erdőökológiai Tanszék, Svéd Agrártudományi Egyetem, S ‐ 901 83 Umeå, Svédország

összefoglaló

A hiányos reakciók során az egyensúlyi és kinetikus izotóp-frakcionálások percnyi különbségeket eredményeznek a két stabil X (15 N és 14 N) izotóp arányában a különböző N poolokban. Az ökoszisztémákban az ilyen variációk (általában per mill [δ 15 N] eltérésekben kifejezve a normál légköri N2-től) függnek a bemenetek és kimenetek izotópos aláírásától, a bemeneti-kimeneti egyensúlytól, az N-transzformációktól és azok specifikus izotóphatásaitól, valamint a a rendszer. Termékek egy reakciósor mentén, pl. az N mineralizáció-N felvételi útnak fokozatosan kimerülnie kell, ha a frakcionálási tényezők azonosak voltak a különböző reakcióknál. A frakcionálási tényezők azonban elenyésznek. Például, mivel a nitrifikáció jobban megkülönbözteti a szubsztrátban lévő 15 N-t, mint az N-mineralizáció, az NH4 + izotóposan nehezebbé válhat, mint a szerves nitrogén, amelyből származik.

Az izotópos dúsulás szintje dinamikusan függ a reakciók sztöchiometriájától, valamint a specifikus abiotikus és biotikus körülményektől. Tehát a specifikus N-csoport δ 15 N-je nem állandó, és a rendszerhez adott N-vegyület 15 N-je nem konzervatív, változatlan nyomjelző. Ez a tény, a 15 N mérése a talaj-növény rendszer N kis és dinamikus N csoportjában történő mérésével, valamint maga az X ciklus bonyolultsága (például a reverzibilis reakciók rengetegsége) korlátozza a következtetések meghozatalának lehetőségeit 15 N bőség megfigyelésénél a rendszer egy vagy néhány N csoportjában. Mindazonáltal a δ 15 N mérésének előnye lehet, hogy betekintést nyerhetünk az N ciklusba anélkül, hogy 15 N nyomjelzőt adnánk a rendszer megzavarására.

Az ilyen kísérletek azonban megkövetelik, hogy vegyék figyelembe a növényekben a 15 N-ra ható komplex tényezőket, pl. (i) az N forrása (i) (talaj, csapadék, NOX, NH3, N2-fixáció), (ii) a talaj mélysége (i), amelyből N vesz fel, (iii) az felhasznált talaj-N (szerves N, NH4 +, NO3 -), (iv) a mikorrhiza szimbiózisok és frakcionálódások hatásai a növények N-felvétele alatt és után, és (v) ezen tényezők és a növényfenológia közötti kölcsönhatások. E bonyolultság miatt a δ 15 N-re vonatkozó adatok csak akkor használhatók egyedül, ha bizonyos követelmények teljesülnek, pl. amikor a mennyiség és az izotópos aláírás szempontjából egyértelműen diszkrét N forrást vizsgálnak. Például ajánlott, hogy a nem N2-fixáló fajokban az N több mint 5% -kal térjen el az N2-fixációval származtatott N-től, és hogy több, az N2-fixálást nem igénylő referenciát használnak, ha a δ 15 N-re vonatkozó adatokat becsülje meg a Na-fixálást rosszul leírt ökoszisztémákban.

Amellett, hogy információt szolgáltat az N forráshatásairól, a δ 15 N betekintést engedhet az N ciklus sebességébe. Például a korábban N-korlátozott rendszerekre történő magas N-lerakódás fokozott nitrifikációhoz vezet, amely 15 N-dúsított NH4-et és N-kimerített NO3-ot eredményez. Mivel sok erdei növény kedveli az NH4-et - ilyen körülmények között 15 N-val dúsulnak. Ez a változás a 15 N növényben később a talaj felszíni horizontjában is bekövetkezik az alom esése után, és hasznos mutatója lehet az N telítettségnek, különösen azért, mert az N korlátozott erdők talajában általában 15 N növekedés tapasztalható mélységgel.