華南植物園發現長期磷素輸入降低熱帶“富氮”森林植物多樣性
磷素是陸地生態系統生產力最重要的限制因素之一，濕熱氣候條件下的熱帶亞熱帶地區通常被認為是磷缺乏的典型區域。熱帶森林在維持全球生產力和保護生物多樣性中扮演著關鍵角色。然而，全球變化加劇威脅到了森林生物多樣性，特別是在氮沉降全球化背景下。由此引發了一個重要的科學問題：在熱帶森林，是否可以通過提升磷素可利用性來促進植物生長和維持生物多樣性？
中科院華南植物園生態中心毛慶功助理研究員在魯顯楷研究員和莫江明研究員指導下，通過在南亞熱帶“富氮”的季風常綠闊葉林進行長期磷添加控制試驗研究發現：長期（2008-2017年）磷添加顯著增加了土壤總磷（1倍）和有效磷（>30倍）以及植物組織（細根、枝條、葉片）磷含量。但是，林下植物的最大凈光合速率和幼苗生長速率并沒有顯著增加。相反，長期磷添加處理顯著降低了種子萌發苗的存活率和林下植物多樣性（如物種數和個體數等）。進一步分析發現這種負面效應可能是與磷添加后植物體內非結構性碳消耗增加有關（如細根非結構性碳含量降低了30 %）。
這些發現挑戰了傳統的競爭排斥理論，即限制性養分的輸入將刺激植物生長，并通過競爭排斥的方式降低群落多樣性?？蒲腥藛T推測林下層植物生長可能與多種資源（如光和鹽基離子等）共同限制有關。長期來看，在磷輸入條件下熱帶森林植物大量吸收和儲存磷的功能屬性可能導致林下植物體內碳失衡和更新失敗，從而對森林物種周轉和群落組成產生深遠影響。
相關研究結果為熱帶森林植物適應低磷生境提供了新的直接證據，對于進一步認識自然生態系統多樣性維持和磷利用策略以及制定科學的生態系統管理政策具有重要意義。該研究成果已近期發表在國際環境科學期刊Science of the Total Environment（《總體環境科學》）（IF=7.96）上。文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149306
圖1. 長期磷添加增加植物組織磷濃度（a）并降低細根碳水化合物濃度（b）
圖2. 長期磷添加降低林下層植物的豐富度和多樣性
圖3. 長期磷添加對熱帶成熟林植物生長和群落結構的影響和潛在機制
