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Nutrient foraging via physiological and morphological plasticity in three plant species

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Abstract:

Physiological and morphological plasticity of roots enhance plant nutrient uptake in spatiotemporally heterogeneous soil environments. We examined these two types of plasticity using three plant species (Solidago altissima (L.) Raf., Pinus taeda L., and Liquidambar styraciflua L.). We grew plants in pots (one plant per pot) with equal quantity of fertilizer applied either evenly over the pot surface (H) or on one-quarter of the pot surface (T). A high-concentration 15N-labeled ammonium nitrate solution was injected twice over 48 h before harvest at a random location in H pots, and in either unfertilized or fertilized portion of T pots. Physiological plasticity of N uptake was observed in S. altissima and L. styraciflua. The highest 15N uptake rate for L. styraciflua occurred in H pots (medium level), and that for S. altissima occurred in fertilized portions of T pots (rich level). When low-concentration 15N was added to S. altissima, no differences in uptake were noted among treatments, possibly because of interroot competition. In S. altissima and P. taeda, either morphological or physiological plasticity was strong. In L. styraciflua, both types of plasticity were strong. Total 15N uptake was enhanced when 15N was added to the fertilized patches. Physiological plasticity contributed >70% of enhanced 15N uptake in S. altissima and L. styraciflua.

La plasticité physiologique et morphologique des racines augmente l'absorption d'éléments nutritifs chez les plantes vivant dans des sols spatiotemporellement hétérogènes. Les auteurs ont examiné ces deux types de plasticité en utilisant trois espèces végétales (Solidago altissima (L.) Raf.,Pinus taeda L. et Liquidambar styraciflua L.). Ils ont fait pousser les plantes en pots (une plante par pot) avec une quantité égale de fertilisant appliquée ou bien uniformément sur la surface du pot (H) ou bien sur un quart de la surface du pot (T). Une solution concentrée de nitrate d'ammonium marquée à l'azote radioactif (15N) a été injectée deux fois dans les 48 heures précédant la récolte à des endroits choisis au hasard dans les pots H et dans la portion fertilisée ou la portion non fertilisée des pots T. Une plasticité physiologique de l'absorption de N a été observée chez S. altissima et L. styraciflua. Le plus haut taux d'absorption de 15N pour L. styraciflua est survenu dans les pots H (niveau intermédiaire) alors que celui de S. altissima est survenu dans la portion fertilisée des pots T (niveau riche). Lorsqu'une faible concentration de 15N a été ajoutée au S. altissima, aucune différence d'absorption des nutriments n'a été notée entre les traitements, possiblement à cause de la compétition entre les racines. Chez S. altissima et P. taeda, soit la plasticité morphologique soit la plasticité physiologique était importante. Chez L. styraciflua, les deux types de plasticité étaient importants. L'absorption totale de 15N était meilleure quand 15N était ajouté aux endroits fertilisés. La plasticité physiologique a contribué à plus de 70 % de l'augmentation de l'absorption de 15N chez S. altissima et L. styraciflua.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2006

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