南极亚南极区马里恩岛土壤增温对植物生长的有限影响：营养释放机制的实证研究

本研究针对寒冷生态系统植物生产力受温度限制的土壤分解速率问题，通过亚南极马里恩岛的盆栽实验和土壤培养实验，探究增温(+3°C)对四种草本植物生长及土壤N、P释放的影响。结果表明增温仅显著促进入侵种Poa annua生长，NPK施肥效应远超增温，揭示寒冷生态系统增温诱导的营养释放假设需谨慎验证。成果发表于《Annals of Botany》，为极地生态响应气候变化提供新证据。

　　

南极亚南极区的岛屿正经历着显著的气候变暖，但温度升高如何通过改变土壤养分循环间接影响植物生产力，仍是极地生态学的关键问题。传统观点认为寒冷生态系统植物生长受低温限制的土壤分解速率制约，增温应通过促进微生物活动释放更多氮(N)、磷(P)来刺激植物生长。然而，这一假设在亚南极生态系统的适用性缺乏实证支持。南非开普敦大学(University of Cape Town)生物科学系的Nita CM Pallett团队在《Annals of Botany》发表的研究，通过马里恩岛(49.9°S, 37.8°E)的对照实验，首次系统评估了短期增温对亚南极草本植物生长与土壤养分动态的影响。

研究采用三组实验：1)冬季盆栽实验(W-W)比较四种草本(2种本地种Polypogon magellanicus、Poa cookii和2种入侵种Poa annua、Agrostis stolonifera)在环境温度与增温(+3°C)下的生长响应；2)夏季添加NPK施肥的盆栽实验(S-WF)验证营养限制假说；3)42天的土壤培养实验(Soil-W)分析不同有机质含量土壤在+3°C/+6°C下的C、N、P变化。关键技术包括温度调控系统(CR1000X数据记录仪)、氯仿熏蒸提取法测定微生物生物量、比色法分析NH₄⁺/NO₃^-/PO₄^3-浓度，以及元素分析仪测定叶片全氮。

植物生长响应：增温仅使入侵种P. annua生物量显著增加(图2a,b)，其相对生长率(RGR)提高0.59 mg g^-1 d^-1，而本地种无响应。NPK施肥使所有物种生物量增长4.49倍(图2b)，表明系统存在强烈营养限制。

叶片氮变化：增温使未施肥组叶片氮含量提升(图3a)，但P. magellanicus始终保持最高氮含量(图3b)，反映物种间营养利用策略差异。

土壤养分动态：增温使土壤NH₄⁺增加(图4a)，但NO₃^-和PO₄^3-无变化(图S2)。微生物生物量C与土壤总有机碳(TOC)正相关，但增温未改变此关系(表2)，+6°C处理甚至降低微生物P/TOC比值。

讨论与意义：该研究挑战了"寒冷生态系统增温必然通过营养释放促进植物生长"的范式。短期增温(<1年)对亚南极土壤养分释放的促进作用有限，仅通过NH₄⁺的轻微增加和叶片氮提升部分缓解限制，这与北极苔原的研究形成对比。入侵种P. annua的显著响应凸显其表型可塑性优势，可能加速其在气候变暖下的扩张。研究强调需通过实证验证营养释放假设，而非简单用施肥模拟增温效应。对亚南极岛屿而言，植被组成变化(如入侵种增加)可能比增温本身对土壤过程的反馈更强，这为预测极地生态系统碳氮循环提供了新视角。