气候变暖对热带森林生态系统磷循环的影响

转载 Ecologist 生态学者

磷（P）通常是潮湿热带森林高度风化土壤中最具限制性的养分之一，可能调节碳（C）反馈对气候变暖的反应。然而，在热带森林的生态系统水平上，P对变暖的反应还没有得到很好的理解，因为以前的研究没有全面评估与变暖相关的多种P过程的变化。

中科院华南植物园刘菊秀研究团队基于鼎湖山站的长期自然增温平台，该实验设计利用了三个海拔高度的自然温差，将模型植物土壤生态系统（土壤和树苗）从高海拔位置（600米）转移到两个低海拔位置（300米和30米），如图1所示。系统地评估了7年增温对热带森林生态系统磷循环的影响。

图1 温度梯度实验设计示意图

研究结果：在磷匮乏的热带森林生态系统中，增温可维持植物加速生长的磷需求。增强的植物磷需求主要通过增强生态系统内部生物化学过程（如植物磷重吸收、土壤磷矿化和磷溶解）以增加磷供应来满足，而不是通过影响磷通量（如凋落物磷矿化和磷的径流和淋失损失）和改变更耗能的途径（如增强细根和菌根真菌）来实现。具体来说，变暖增加了P含量（55.4%）并降低了叶片N:P。增加的植物P含量由多个过程提供，包括增强植物P吸收（9.7%）、土壤P矿化（中等有效有机P减少15.5%）和溶解（铁结合无机P减少6.8%）。本研究表明，变暖导致土壤磷从中等有效有机磷和铁结合磷向植物净转移，而不会改变凋落物磷矿化和生态系统磷流失。变暖通过将土壤中的磷“泵送”到相对快速循环的植物中，增加了植物-土壤生物和土壤地球化学对植物-土壤P循环的控制。本研究结果扩展了我们以前对气候驱动的需求/供给假说的理解，并强调在生态系统水平上评估磷的动态。总的来说，与之前使用不太复杂的磷评估技术进行的短期试验或研究相比，在Ultisol土壤的潮湿热带森林中变暖可能会产生更多的磷供应，以支持更高的植物大规模生长，这对未来温暖气候下缺磷和高产热带森林的C固定具有重要意义。

图2 增温对叶片磷浓度（a）、叶片氮磷比（b）、植株磷含量（c）和磷吸收效率（d）的影响。

图3 增温背景下森林生态系统磷循环示意图