磷添加驱动全球陆地植物生产力变化的叶片经济策略

本研究通过整合全球5548组植物生物量观测数据，揭示了大气磷(P)沉降对陆地植物生物量积累与分配的调控机制。研究发现P添加平均提升植物生物量35%，其中固氮植物(N2-fixing)和落叶植物响应更强，且叶片经济谱(LES)中 acquisitive 策略（高比叶面积SLA、短叶寿命）的物种对P添加更敏感。该成果发表于《Nature Communications》，为预测全球碳储量对大气P沉降的响应提供了关键理论依据。

　　

研究背景
陆地植物生物量及其分配模式是理解生物圈物质生产的基础，但大气磷(P)沉降如何影响不同功能群植物的生物量积累仍不明确。随着农业施肥、工业排放等人类活动加剧，全球P沉降量持续上升，这种变化可能通过改变植物生产力深刻影响全球碳循环。然而，现有研究多关注群落水平响应，忽略了物种特异性差异——例如固氮植物因共生固氮的高能耗可能对P更敏感，而C₄植物适应低P环境可能响应较弱。更关键的是，叶片功能性状（如比叶面积SLA、叶寿命）反映的资源获取-保守策略（即叶片经济谱LES）是否驱动这种差异，尚未在全球尺度验证。

为回答这些问题，中国科学院植物研究所等单位的研究人员联合国际团队，通过整合全球317项研究的5548组观测数据，首次量化了P添加对不同功能群植物生物量及其分配的影响，并揭示了叶片经济策略的关键调控作用。研究发现P添加使全球植物生物量平均增加35%，其中固氮植物响应强度（54%）显著高于非固氮植物（31%），而C₃植物（36%）比C₄植物（19%）更敏感。该成果发表于《Nature Communications》，为预测全球碳汇对P沉降的响应提供了新视角。

关键技术方法
研究团队建立了包含423种植物、覆盖多种生态系统的全球数据库，通过meta分析计算对数响应比(InRR)量化P添加效应。采用主成分分析(PCA)提取叶片经济谱(PC1)，结合增强回归树(BRT)和结构方程模型(SEM)解析性状与环境的交互作用。数据涵盖控制实验（温室）和野外试验，整合了比叶面积(SLA)、叶氮浓度([N])等8项功能性状及气候、土壤参数。

研究结果

1. 植物功能群对P添加的差异响应
分析显示，P添加对生物量的促进作用在系统发育上无显著信号（Pagel's λ≈0），但功能群间差异显著：落叶植物生物量增加45%，远超常绿植物（28%）；固氮植物响应强度（54%）比非固氮植物高74%。这种差异可能与固氮植物对P的高需求（用于支持根瘤菌共生）及落叶植物的高效养分利用策略有关。

2. 叶片经济谱的关键作用

PCA揭示的PC1（解释40.1%变异）代表从保守型（低SLA、长叶寿命）到获取型（高SLA、高光合速率）的连续体。获取型物种对P添加的响应更强，其SLA每增加1单位，生物量响应提升23%（p<0.001）。SEM分析进一步表明，气候和土壤性质通过影响PC1间接调控生物量响应，而PC1的直接效应占主导（路径系数0.51）。

3. 生物量分配模式改变
P添加导致器官响应异质性：叶（+58%）和茎（+55%）生物量增长最显著，根生物量仅增40%，使根冠比下降5%。这种"功能均衡"的转变符合最优分配理论——当P限制缓解后，植物将更多资源分配给光合器官以最大化碳获取。

结论与意义
该研究首次在全球尺度证实：叶片经济策略是预测植物对P添加响应的关键指标，获取型物种（如高SLA、短叶寿命）的强响应可能改变未来植被组成。生物量分配向地上部分的倾斜（根冠比降低5%）提示，P沉降可能通过减少地下碳输入影响土壤碳库动态。这些发现为地球系统模型引入P循环过程提供了实证基础，特别是性状-环境互作机制的量化，将提升对全球碳-磷耦合循环的预测精度。研究还指出，忽视功能群差异可能导致群落水平研究低估P沉降的生态效应，未来需加强物种特异性响应机制的野外验证。