Symbiotic dinitrogen fixation is seasonal and strongly regulated in water‐limited environments

固氮 生物地球化学 生物 多年生植物 生态系统 灌木 农学 生物地球化学循环 氮气循环 营养物 生长季节 氮气 生态学 化学 遗传学 有机化学 细菌
作者
Guy Dovrat,Efrat Sheffer
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:221 (4): 1866-1877 被引量:27
标识
DOI:10.1111/nph.15526
摘要

Plants, especially perennials, growing in drylands and seasonally dry ecosystems are uniquely adapted to dry conditions. Legume shrubs and trees, capable of symbiotic dinitrogen (N2 ) fixation, often dominate in drylands. However, the strategies that allow symbiotic fixation in these ecosystems, and their influence on the nitrogen cycle, are largely unresolved. We evaluated the climatic, biogeochemical and ontogenetic factors influencing nitrogen fixation in an abundant Mediterranean legume shrub, Calicotome villosa. We measured nodulation, fixation rate, nitrogen allocation and soil biogeochemistry in three field sites over a full year. A controlled experiment evaluated differences in plant regulation of fixation as a function of soil nutrient availability and seedling and adult developmental stages. We found a strong seasonal pattern, shifting between high fixation rates during the rainy season at flowering and seed-set times to almost none in the rainless season. Under controlled conditions, plants downregulated fixation in response to soil nitrogen availability, but this response was stronger in seedlings than in adult shrubs. Finally, we did not find elevated soil nitrogen under N2 -fixing shrubs. We conclude that seasonal nitrogen fixation, regulation of fixation, and nitrogen conservation are key adaptations influencing the dominance of dryland legumes in the community, with broader consequences on the ecosystem nitrogen cycle.

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