華南植物園揭示南亞熱帶森林植物磷獲取的潛在機(jī)制
熱帶亞熱帶低地森林土壤磷，因強(qiáng)烈風(fēng)化淋溶淋失或其被有機(jī)質(zhì)、活性Fe, Al吸附固定從而降低其有效性，這被認(rèn)為是凈初級(jí)生產(chǎn)力的主要限制因子。然而，自然界的現(xiàn)實(shí)情況是，許多熱帶和亞熱帶森林占據(jù)在全球生產(chǎn)力最高和物種最豐富的地區(qū)，這似乎導(dǎo)致磷限制與巨大生產(chǎn)力之間的一個(gè)餑論。
中科院華南植物園生態(tài)中心柳楊博士在溫達(dá)志研究員指導(dǎo)下，基于前期對(duì)全球626個(gè)未受施肥等人工干預(yù)的自然土壤分析的發(fā)現(xiàn)：固相不穩(wěn)定無(wú)機(jī)磷（Pi）和閉蓄態(tài)（occluded P）向中活性、活性有機(jī)磷（Po）轉(zhuǎn)化，而非傳統(tǒng)認(rèn)知的可溶性磷在土壤磷供給中的核心作用（Hou et al., Global Biogeochemical Cycles, 2016），但作用機(jī)制并不清楚。為此，科研人員采集了在鼎湖山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)森林演替前期、中期和后期的優(yōu)勢(shì)樹種葉和根際土壤樣本，測(cè)定了葉P濃度和根際土壤指標(biāo)包括微生物生物量磷(MBP)、 P分級(jí)提取組分、酸性磷酸酶活性、叢枝菌根真菌(AMF)和外生菌根真菌(EMF)的生物量。研究結(jié)果表明：（1）在森林演替早期至后期的過(guò)程中植物磷限制增加而微生物磷限制得到緩解；（2）根際土壤閉蓄態(tài)P比例的降低與AMF生物量的增加呈負(fù)相關(guān)，有機(jī)磷和中度不穩(wěn)定磷的增加與AMF生物量的增加呈正相關(guān)，但與森林演替過(guò)程中酸性磷酸酶活性的增加呈負(fù)相關(guān)（圖1）。該研究提出了南亞熱帶森林演替過(guò)程中植物磷獲取機(jī)制，即AMF促進(jìn)閉蓄態(tài)P向活性、中活性Po轉(zhuǎn)變，酸性磷酸酶進(jìn)一步將可水解Po轉(zhuǎn)變成有效P供植物吸收利用（圖2）。
值得一提的是，早前科研人員的一項(xiàng)研究揭示了另外一個(gè)機(jī)制，即隨著演替進(jìn)程，土壤微生物和化學(xué)過(guò)程密切配合共同維持較高的潛在有效磷水平，尤其演替后期原生老齡林土壤的潛在有效磷含量及其占土壤總磷的比例顯著高于演替前期森林，土壤磷循環(huán)更加活躍而高效（Zhang et al., Biology and Fertility Soils 2016）。
這些研究發(fā)現(xiàn)，有助于解開“為何從低生物有效磷土壤發(fā)育形成的熱帶亞熱帶森林恰恰具有物種高度豐富和巨大生產(chǎn)力”之謎。同時(shí)，這些研究也啟示——弄清楚熱帶亞熱帶樹木和森林如何克服低生物有效磷障礙的機(jī)制和多樣化策略，或許比探討磷限制本身更為重要，因?yàn)榭蒲腥藛T所看到的自然界現(xiàn)實(shí)是，千百萬(wàn)年演化形成的熱帶和亞熱帶森林分布在地球上物種最豐富和生產(chǎn)力水平最高的地區(qū)之一。
圖1. 叢枝菌根真菌(AMF)生物量、外生菌根真菌(EMF)生物量、比酸性磷酸酶活性(specifc phosphatase activity, APA)與植物根際磷組分比例的關(guān)系。PF:松林，MF:松林與闊葉混交林，BF:季風(fēng)常綠闊葉林。
圖2. 南亞熱帶森林演替過(guò)程中，植物如何幫助滿足它們對(duì)磷日益增長(zhǎng)的需求的一個(gè)概念框架。AMF，根際叢枝菌根真菌生物量。
相關(guān)研究成果已近期發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Soil Biology and Biochemistry（《土壤生物學(xué)與生物化學(xué)》）上。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)重大專項(xiàng)和中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0038071720303953
