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在森林生态系统中，磷（P）对植物生长至关重要，但树木多样性对土壤 P 保留动态影响不明。东北林业大学研究人员分析相关参数和微生物功能基因，发现高树木丰富度增加土壤 TP 等，还受土壤 C、N 及微生物网络和反硝化基因调控，为森林管理提供依据。
在广袤的森林世界里，土壤中的磷元素就像一把神秘的钥匙，掌管着植物生长的 “大门”。磷是植物生长不可或缺的养分，其在土壤中的存在形式多样，不同形式的磷对植物的有效性差异很大。然而，长期以来，科学家们对树木多样性如何影响土壤中磷的留存和转化，始终一知半解。就像在迷雾中探索，虽然知道磷的重要性，却不清楚它在森林生态系统这个大舞台上，与树木多样性之间有着怎样千丝万缕的联系。
森林作为地球上重要的生态系统，不仅为众多生物提供栖息地，还在全球碳循环、氮循环等过程中扮演关键角色。中国东北的森林，处于特殊的生态交错带，拥有丰富的碳储量和多样的植物群落。以往研究对这片森林的生态功能有了不少发现，比如树木多样性对保水能力、养分循环等方面的影响。但令人遗憾的是，在气候变化的大背景下，可能限制生态系统生产力的关键因素 —— 磷元素的动态变化，却鲜有人深入探究。
为了揭开这个神秘的面纱，填补知识的空白，东北林业大学的研究人员勇敢地踏上了探索之旅。他们怀揣着对科学的热忱，针对树木多样性与土壤磷之间的复杂关系展开了深入研究。经过一系列严谨的实验和分析，研究人员惊喜地发现，树木多样性与土壤磷积累之间存在着紧密的联系。较高的树木丰富度能让土壤总磷（TP）增加 1.34 倍，同时，多种有机磷和无机磷组分也显著增加。而且，土壤碳（C）、氮（N）在其中起着关键的调节作用，微生物网络和反硝化基因也参与到这个过程中。这一研究成果意义重大，为深入理解森林生态系统中生物多样性与土壤养分的相互作用机制提供了宝贵的依据，也为森林可持续管理提供了科学指导，相关研究成果发表在《CATENA》上。
研究人员为了开展这项研究，采用了多种关键技术方法。他们选取了东北林业大学实验森林中 72 个长期（树龄超 60 年）的森林样地，这些样地涵盖了自然的树木多样性梯度。研究中运用了顺序磷分级技术，以此来分析土壤中不同形态的磷；通过宏基因组分析，研究土壤微生物基因在碳、氮、磷变化中的作用；还借助生态网络建模，探索树木多样性、土壤磷和微生物之间的潜在联系。
下面来具体看看研究结果：
- 研究树木多样性对土壤磷参数的影响：研究人员分析了 TP 的组分以及它们分为有机磷（Po）和无机磷（Pi）的形式，以此了解磷的分布和植物有效性对树木丰富度（SR）的响应。结果显示，conc.HCl-Po 是 TP 的主要组分（33%） ，HCl-Pi 和 NaOH-Po 次之。线性回归分析表明，随着树木丰富度增加，三种主要组分 conc.HCl-Po、NaOH-Po 和 NaHCO3-Pi 显著增加，有机磷（占 TP 的 60%）和中低植物有效性磷组分随树木丰富度线性增加，而高植物有效性磷则无明显变化趋势。
- 研究树木多样性对土壤微生物网络的影响：树木丰富度提升了微生物网络的复杂性，网络度增加 7 - 85%、总边数增加 7 - 10%、模块度增加 37 - 85% ，同时节点间路径长度减少 13 - 17%。此外，变形菌门的丰度从 23% 线性下降到 20%。
- 探究土壤碳、氮、磷之间的关系：硝酸盐（NO3?-N）、总氮（TN）和有效氮（AN）与磷组分的相关性比与碳相关参数更强。
- 分析硝酸盐还原基因的作用：硝酸盐还原基因在碳 - 氮 - 磷动态中起到关键调节作用。其中，napB（周质硝酸盐还原酶）是正向调节因子，解释力为 5.2%；narB（同化硝酸盐还原酶）是负向调节因子，解释力为 15.1%。
研究结论表明，较高的树木多样性与土壤磷积累增加有关。树木丰富度高的森林中有机磷含量升高，中低植物有效性磷组分比例更高。这可能源于树种间互补的资源利用方式，促进了养分循环和留存。土壤碳和氮在树木多样性与土壤磷的关系中起关键调节作用，高碳氮水平刺激微生物活性和有机磷积累。微生物网络和反硝化基因也参与调控这一过程。
这项研究的重要意义在于，它为森林生态系统中生物多样性与土壤养分相互作用机制提供了更深入的理解。以往的研究大多聚焦于植物多样性对碳、氮储存的影响，对土壤磷库的关注较少。而该研究填补了这一空白，清晰地揭示了树木多样性如何影响土壤磷的动态变化，为全球变化背景下利用树木多样性提升土壤养分韧性的森林经营策略提供了有力的实证支持，对森林可持续发展的规划和管理具有重要的指导价值。
