夏建阳教授课题组在《Global Change Biology》上发现土壤磷元素对常绿阔叶林植物叶片性状变异的调控作用

2022年3月，生态学著名期刊Global Change Biology在线发表了华东师范大学生态与环境科学学院崔二乾博士等题为“Soil phosphorus drives plant trait variations in a mature subtropical forest”的研究成果。该研究在物种和群落两个组织层次，同时发现了土壤磷元素对常绿阔叶林植物叶片性状变异的调控作用，为常绿阔叶林生态系统模型引入植物功能性状与土壤磷循环的关系提供了实证依据。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.16148

文章简介：

常绿阔叶林是亚热带最具代表性的自然生态系统类型之一，在我国的分布范围最广、面积最大，其典型特征是生物多样性较高、群落结构复杂（宋永昌等，2013）。常绿阔叶林区域是我国重要的自然碳汇，通常被认为是典型的“富氮缺磷”生态系统。随着大气氮沉降加剧，土壤氮磷养分失衡可能对常绿阔叶林生态系统的植被结构与功能产生重要影响。植物功能性状能够反映植物群落对环境变化的响应与适应，是理解与预测生态系统结构与功能的重要测量指标。因此，土壤磷元素是否调控植物功能性状的变化，对常绿阔叶林区域乃至我国的生态系统碳汇动态至关重要。近年来，国际上的地球系统模型普遍尝试纳入土壤磷循环和植物功能性状，以期提高对全球陆地碳汇动态的预测能力，降低气候变化的模拟不确定性。然而，在常绿阔叶林区域，目前仍缺乏土壤磷元素驱动植物功能性状变化的实验与观测证据。

图1. 浙江天童国家野外科学观测研究站的地理位置及本研究实验设计

本研究依托浙江天童5公顷植物功能性状定位观测样地和长期氮磷添加实验平台共93个物种的性状观测数据（图1），发现土壤磷元素对常绿阔叶林植物功能性状变化存在重要的调控作用。该研究首先基于植物养分限制的阈值法，证实该生态系统的植物生长普遍受到磷限制而非氮限制。其后，借助主成分分析和随机森林算法，发现土壤磷元素含量分别解释了物种间和群落间多维性状主轴变异的44%和53%（图2）。

图2. 物种和群落水平植物功能性状的主成分图谱及各环境因子对性状主轴的解释度

最后，该研究借助长期氮磷添加实验平台的性状观测数据，进一步在物种和群落水平上验证了土壤磷元素添加显著影响了该生态系统物种植物功能性状的变异（图3）。以上研究结果为土壤磷元素调控常绿阔叶林植物功能性状变化提供了直接证据。

然而，在现有的全球碳循环模型中，土壤磷循环过程和植物功能性状变化之间缺乏耦合，可能无法准确模拟我国常绿阔叶林区域的碳汇动态。本研究表明，广泛分布于我国亚热带的常绿阔叶林具有复杂的植被结构与功能，在生态系统尺度开展长期野外监测与实验研究具有重要意义。

图3. 物种和群落水平植物功能性状对长期氮磷添加的响应

华东师范大学生态与环境科学学院博士后崔二乾为论文第一作者，夏建阳教授为通讯作者，阎恩荣教授和郑泽梅副研究员对以上工作给予了悉心的指导，三位教师的多名研究生为共同作者。该研究受到了国家自然科学基金委与科技部重点研发专项等项目经费支持。

图4. 团队成员在浙江天童国家野外科学观测研究站开展相关采样工作

编辑 | 卓子晴

审核 | 夏建阳