凋落物混合化学分异驱动碳氮磷动态的时间依赖性机制

本研究通过长期凋落物袋实验，解析了植物功能多样性对凋落物分解过程中碳(C)、氮(N)、磷(P)动态的相对混合效应(RMEs)，揭示了环境因子、功能特性(identity/dissimilarity)、化学分异(divergent chemistry)和微生物群落的阶段性调控作用，为生物多样性-生态系统功能理论提供了关键实证。

　　

在气候变化加剧的背景下，理解植物多样性如何通过凋落物分解影响生态系统碳汇和养分循环，成为生态学研究的前沿课题。传统理论认为凋落物混合分解会产生协同或拮抗效应（RMEs），但其随时间变化的驱动机制仍不明确。更关键的是，化学收敛假说与新兴的化学分异（divergent chemistry）现象存在争议，而功能多样性中的"质量比假说"（功能特性identity）与"生态位互补假说"（功能异质性dissimilarity）的相对重要性也亟待厘清。

中国西华师范大学重点实验室的研究团队在《Agricultural and Forest Meteorology》发表的研究，通过在米亚罗自然保护区（海拔3900-4000米）开展为期669天的凋落物袋实验，系统监测了6种功能类型凋落物混合体系中的C、N、P质量损失动态。研究创新性地结合随机移除设计（random removal experiment）和相对混合效应量化方法，首次揭示了化学分异对化学计量比（C:AUR_{酸不水解残留物}:N:P）的持续调控作用。

关键技术包括：1）高山Histosol（有机土）原位凋落物袋实验；2）功能性状PCA分析（PC1解释54.36% identity变异）；3）化学组分动态监测（水溶性提取物WSE、酸不水解残留物AUR等）；4）微生物群落功能预测；5）分段回归分析质量损失区间（40-80%C损失等）。

【实验设计】
在年均温2.9℃的高山环境中，研究发现雪被覆盖（冬季均厚15cm）等环境因子通过NFTC（冻融循环）物理破坏凋落物，早期加速C/N/P释放。

【功能多样性动态】
PC1显示初始功能特性（54.36%解释度）比功能异质性（48.56%）对C/N/P损失影响更强，且其遗留效应随时间增强。化学组分呈现"先收敛后分异"的双相变化：669天后C质量（WSE/AUR）趋同，但后期AUR_{酸不水解残留物}累积导致化学分异。

【微生物调控】
微生物群落通过胞外酶（如氧化酶）和necromass（微生物残体）产生促进化学分异，在分解中后期主导C:N:P化学计量比调控。

【结论启示】
研究颠覆了传统化学收敛认知，证实化学分异通过动态调控C:AUR:N:P化学计量比持续影响RMEs。功能特性（identity）对元素损失的解释力始终高于功能异质性（dissimilarity），但二者随时间呈"此消彼长"关系。该成果为高山生态系统碳汇预测提供了新的理论框架——生物多样性通过化学分异途径延长养分保留时间，可能缓解气候变化下的养分限制。

这项研究首次将时间维度纳入多样性-分解关系分析，证实RMEs对N固定的早期抑制（antagonistic effect）会转为后期促进，而P损失抑制效应随时间指数衰减。这些发现对完善全球变化背景下的生物地球化学模型具有里程碑意义。