長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為氮循環(huán)與磷循環(huán)是緊密耦合的。然而，這一假設(shè)尚未在全球變化背景下得到嚴(yán)格驗(yàn)證，這限制了我們對(duì)氮磷循環(huán)的預(yù)測(cè)能力。本研究通過(guò)整合107篇已發(fā)表文獻(xiàn)中的1341個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，對(duì)過(guò)去二十年來(lái)葉片氮磷回收效率（nitrogen and phosphorus resorption efficiency; NRE and PRE）對(duì)主要全球變化因子（包括氣候變暖、干旱、降水增加、CO2濃度升高、氮肥施用和磷肥施用）的響應(yīng)進(jìn)行了整合分析。

研究?jī)?nèi)容

圖1. 單一及多重全球變化因子對(duì)葉片氮磷回收效率的效應(yīng)值，以及多重全球變化因子交互作用的參數(shù)估計(jì)值。

研究發(fā)現(xiàn)，植物氮磷回收對(duì)這些全球變化因子的響應(yīng)存在顯著差異，表明全球變化背景下植物氮磷循環(huán)發(fā)生了解耦 （圖1）。NRE與PRE對(duì)單一全球變化因子的響應(yīng)呈現(xiàn)顯著分異：大部分全球變化因子導(dǎo)致NRE與PRE發(fā)生方向相反的改變，而CO2濃度升高雖使二者同向變化，但變化幅度存在顯著差異（圖1a）。

圖2. 葉片氮磷比變化（lnRR-leaf N:P）與葉片養(yǎng)分回收效率變化（lnRR-NRE和lnRR-PRE）的關(guān)系。

我們進(jìn)一步利用葉片氮磷比, 植物氮磷限制的指示指標(biāo), 來(lái)探究NRE和PRE對(duì)全球變化因子的差異性響應(yīng)是否由植物養(yǎng)分限制狀態(tài)的改變所驅(qū)動(dòng)（圖2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在增溫、CO2濃度升高、施氮和施磷條件下，葉片氮磷比的變化與NRE呈負(fù)相關(guān)（圖2a），但與PRE呈正相關(guān)（圖2b）。然而，在干旱和降水增加條件下，上述變量間未觀察到顯著相關(guān)性（圖2）。這些結(jié)果指示了葉片氮磷回收的解耦主要源于全球變化誘導(dǎo)的氮磷限制轉(zhuǎn)變（圖2），這可能表明氮磷循環(huán)的解耦可能是植物適應(yīng)養(yǎng)分限制的策略。

圖3. 氮磷回收效率的單一全球變化因子效應(yīng)值之和與多重全球變化因子效應(yīng)值的關(guān)系。

多重全球變化因子對(duì)氮磷回收普遍具有加和效應(yīng)（圖1b，3）。這種普遍存在的加和效應(yīng)可能將顯著簡(jiǎn)化模型預(yù)測(cè)——由于不再需要考慮因子間的交互作用，模型僅需納入各因子的獨(dú)立效應(yīng)即可。

圖4. 單一全球變化因子效應(yīng)值與多重全球變化因子效應(yīng)值對(duì)氮磷回收效率的影響關(guān)系。

當(dāng)?shù)┓逝c磷施肥、增雨或增雨共同作用時(shí)，氮施肥主導(dǎo)了這些復(fù)合效應(yīng)的加和作用（圖4）。這一結(jié)果表明，未來(lái)大氣氮沉降和農(nóng)業(yè)施肥導(dǎo)致的陸地氮輸入持續(xù)增加，將成為驅(qū)動(dòng)植物氮磷循環(huán)解耦的關(guān)鍵因素，尤其在氮限制生態(tài)系統(tǒng)中。

本研究揭示了全球變化下植物氮磷回收過(guò)程的普遍解耦現(xiàn)象，為理解生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)響應(yīng)機(jī)制提供了新視角。這一發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)氮磷循環(huán)解耦的理論假設(shè)，強(qiáng)調(diào)生態(tài)模型應(yīng)納入植物氮磷循環(huán)的解耦機(jī)制，以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)。

論文信息

研究結(jié)果以“Decoupling of plant nitrogen and phosphorus under global change over the last two decades”為題發(fā)表在國(guó)際生態(tài)學(xué)經(jīng)典期刊Journal of Ecology（全文鏈接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.70081）。中山大學(xué)生態(tài)學(xué)院2022級(jí)博士生洪藝雪和中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所陳驥研究員為論文的共同第一作者，中山大學(xué)生態(tài)學(xué)院陳浩副教授為論文的通訊作者。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所呂曉濤研究員、中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所李德軍研究員、阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)大學(xué)Mohamed S. Sheteiwy教授、沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)Fernando T. Maestre教授、阿伯丁大學(xué)Pete Smith教授、加迪斯大學(xué)Raúl Ochoa-Hueso教授、新墨西哥大學(xué)Robert L. Sinsabaugh教授為論文共同作者。該研究受到廣東省面上項(xiàng)目、深圳市面上項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。

通訊員丨陳浩、洪藝雪

排版丨李佳悅

初審丨潘三川、姚宇鵬

審核丨儲(chǔ)誠(chéng)進(jìn)、劉陽(yáng)、張丹丹

審核發(fā)布丨羅燕