全球变化下森林群落结构与功能稳定的养分维持机制一直是森林生态学研究的关键科学问题。氮（N）和磷（P）是森林生产力最为重要的限制性元素。近几十年来，由于人类活动加剧，大气N沉降不断增加，深刻影响着森林生态系统养分循环及生态系统的结构和功能。相应地，理解N沉降下森林养分平衡性及其养分维持机制成为森林生态学、土壤生态学研究的前沿科学问题与林业适应性管理的核心需求。近年来，尽管N沉降诱导或加剧森林P养分限制已被越来越多的研究所证实，然而对于植物能否以及会采取何种机制来适应这种P养分限制尚缺乏统一的认识。已有的研究表明，植物可通过多种途径提高地上养分利用效率、增强地下养分吸收来改善养分限制。然而，由于不同策略在能量需求、养分转化效率间存在较大差异，植物如何协调地上、地下不同养分适应策略以适应养分变化将对森林碳固存和养分循环产生重要反馈效应。但目前的研究多从地上或地下单一角度考虑，缺乏从地上-地下整体性的视角聚焦植物对限制性养分的适应机制，尤其缺乏对N 沉降下高寒森林养分限制的适应性策略的试验性验证，这极大地限制了目前对于环境变化下森林养分维持能力的准确认知和预测。

  为此，西藏农牧学院高原生态研究所与中科院成都生物研究所森林生态过程调控项目组开展合作研究，以西南山地两种典型的人工针叶林——云杉林（Picea asperata）和华山松林（Pinus armandii）为研究对象，通过2019-2020年连续两年的取样测定，系统分析持续氮添加下森林树木生长的 N、P 养分限制特征，并从林分地上养分保护和地下养分获取途径综合识别 N 沉降下森林对限制性养分获取的适应性策略。研究结果表明：（1）N添加显著加剧了两种针叶林的P养分限制；（2）两种林分树木对N添加诱导的P养分限制采取差异化的适应性策略，并很大程度上取决于林分土壤养分有效性高低：土壤N素有效性较高的云杉林采取协同的地上P保护（增加叶片磷酸酶活性和残余P组分分配）与地下P矿化（提高根际磷酸酶活性）策略来缓解P养分限制；而在土壤N素有效性较低的华山林中，N添加仅提高了叶片中的残余P组分分配，但对地下P获取相关性状无显著影响，表明该林分中地上P保护与地下P获取策略之间相解耦。该研究强调了初始土壤养分有效性对森林养分适应策略选择的重要调控作用，丰富了 N 沉降下森林养分维持机制的科学认知，并为森林应对全球气候变化适应性管理提供了重要的理论依据。

 

图1 a-b)两个林分地上P保护、地下P获取相关性状与叶片养分限制特征间的关系；c-d)叶片P保护、根系P觅食和保护及根际P矿化对叶片P养分变化的相对贡献。

 

图2 两种林分树木对N添加诱导的P养分限制采取差异化策略的概念框架图。

 

  上述研究结果以“Differential aboveground-belowground adaptive strategies to alleviate N addition-induced P deficiency in two alpine coniferous forests”为题在线发表于《Science of the Total Environment》期刊上 (2022, IF=10.753)。通讯作者为西藏农牧学院高原生态研究所王瑞红博士与成都生物所尹华军研究员。本研究得到了西藏高原森林生态教育部重点实验室开放课题等项目的资助。