青藏高原多年冻土生态系统叶片养分重吸收效率的独特特征及其对碳氮磷循环的启示

针对多年冻土生态系统养分限制机制不清的问题，Guibiao Yang团队通过1100公里样带采样，首次发现该区域叶片磷(P)重吸收效率(75.1%)显著高于氮(N)(58.7%)，颠覆了寒冷地区N重吸收占优的传统认知。研究揭示了植物通过磷高效重吸收应对土壤P限制的适应策略，为多年冻土区碳-氮-磷耦合模型提供了关键参数。

　　

在全球气候变化背景下，多年冻土生态系统作为重要的碳库，其碳循环过程备受关注。传统观点认为寒冷地区植物生长主要受氮限制，但越来越多的证据表明磷可能扮演更关键的角色。这一认知矛盾源于对多年冻土区植物养分回收策略的认识不足——叶片养分重吸收作为植物重要的养分保存机制，其效率差异直接影响生态系统养分循环。现有模型多基于热带、温带数据推测寒冷地区N重吸收效率高于P，但缺乏多年冻土区的直接证据。

中国科学院植物研究所的Guibiao Yang团队在《Nature Communications》发表的研究，填补了这一空白。研究人员沿青藏高原1100公里多年冻土样带设置30个站点，采集成熟期与枯萎期叶片样品测定N、P浓度，结合原位土壤N、P矿化速率测量，系统评估了植物养分重吸收特征。研究创新性地发现：多年冻土区叶片P重吸收效率(75.1±1.8%)显著高于N(58.7±1.5%)，且P重吸收效率高于全球草本植物平均水平，这与全球模型的预测完全相反。

关键技术方法包括：(1)跨1100公里样带的群落水平叶片采样(30站点×3重复)；(2)离子交换树脂法测定原位土壤N、P矿化速率；(3)生态化学计量学模型解析重吸收控制策略；(4)全球数据库(134篇文献/1911个观测值)比对分析。

【Comparison of leaf P and N resorption efficiency】
通过log₁₀转换分析显示，成熟叶片P浓度与凋落叶片P浓度呈显著正相关(斜率>1，P=0.048)，符合养分浓度控制策略，而N无此规律。这表明植物通过增强低P叶片的P重吸收来应对限制。

【Comparison with global ecosystems】
与全球数据库对比发现，高原多年冻土区P重吸收效率显著高于全球禾草类(10.9-26.5%)和杂类草(5.6-19.7%)，且凋落叶片P浓度(0.4±0.03 g kg^-1)接近完全重吸收阈值(<0.4 g kg^-1)，证实了极强的P保存能力。

【Plant nutrient resorption strategies】
三套控制策略同时存在：(1)浓度控制(仅P)；(2)化学计量控制(重吸收N:P与成熟叶片N:P呈比例)；(3)限制性控制(重吸收N:P随P限制加剧而升高，斜率0.79<1)。

【Relationships with soil mineralization】
发现N重吸收效率与土壤N矿化速率显著负相关，但P无此关系。这种差异源于P的特殊获取机制——优势种如藏北嵩草(Kobresia tibetica)通过簇根(cluster roots)直接活化土壤难溶性P，降低了对矿化P的依赖。

这项研究改写了多年冻土区养分循环的基本认知：(1)证实P而非N是主要限制因子；(2)揭示植物通过"高P重吸收+特殊根结构"的双重适应策略；(3)提出土壤P矿化-植物P吸收的脱耦机制。这些发现为预测多年冻土碳释放提供了新视角——传统模型低估P限制可能高估植被碳汇潜力。研究结果直接挑战了IPCC评估报告中关于高纬度地区N限制的主导观点，建议未来模型需整合P循环的独特动力学特征。