Journal of Ecology | 中山大學陳浩副教授團隊發現過去二十年全球變化下植物氮磷的解耦

長期以來，學術界普遍認為氮循環與磷循環是緊密耦合的。然而，這一假設尚未在全球變化背景下得到嚴格驗證，這限制了我們對氮磷循環的預測能力。本研究通過整合107篇已發表文獻中的1341個數據點，對過去二十年來葉片氮磷回收效率（nitrogen and phosphorus resorption efficiency; NRE and PRE）對主要全球變化因子（包括氣候變暖、干旱、降水增加、CO2濃度升高、氮肥施用和磷肥施用）的響應進行了整合分析。

研究內容

圖1. 單一及多重全球變化因子對葉片氮磷回收效率的效應值，以及多重全球變化因子交互作用的參數估計值。

研究發現，植物氮磷回收對這些全球變化因子的響應存在顯著差異，表明全球變化背景下植物氮磷循環發生了解耦 （圖1）。NRE與PRE對單一全球變化因子的響應呈現顯著分異：大部分全球變化因子導致NRE與PRE發生方向相反的改變，而CO2濃度升高雖使二者同向變化，但變化幅度存在顯著差異（圖1a）。

圖2. 葉片氮磷比變化（lnRR-leaf N:P）與葉片養分回收效率變化（lnRR-NRE和lnRR-PRE）的關系。

我們進一步利用葉片氮磷比, 植物氮磷限制的指示指標, 來探究NRE和PRE對全球變化因子的差異性響應是否由植物養分限制狀態的改變所驅動（圖2）。結果發現，在增溫、CO2濃度升高、施氮和施磷條件下，葉片氮磷比的變化與NRE呈負相關（圖2a），但與PRE呈正相關（圖2b）。然而，在干旱和降水增加條件下，上述變量間未觀察到顯著相關性（圖2）。這些結果指示了葉片氮磷回收的解耦主要源于全球變化誘導的氮磷限制轉變（圖2），這可能表明氮磷循環的解耦可能是植物適應養分限制的策略。

圖3. 氮磷回收效率的單一全球變化因子效應值之和與多重全球變化因子效應值的關系。

多重全球變化因子對氮磷回收普遍具有加和效應（圖1b，3）。這種普遍存在的加和效應可能將顯著簡化模型預測——由于不再需要考慮因子間的交互作用，模型僅需納入各因子的獨立效應即可。

圖4. 單一全球變化因子效應值與多重全球變化因子效應值對氮磷回收效率的影響關系。

當氮施肥與磷施肥、增雨或增雨共同作用時，氮施肥主導了這些復合效應的加和作用（圖4）。這一結果表明，未來大氣氮沉降和農業施肥導致的陸地氮輸入持續增加，將成為驅動植物氮磷循環解耦的關鍵因素，尤其在氮限制生態系統中。

本研究揭示了全球變化下植物氮磷回收過程的普遍解耦現象，為理解生態系統養分循環響應機制提供了新視角。這一發現突破了傳統氮磷循環解耦的理論假設，強調生態模型應納入植物氮磷循環的解耦機制，以更準確地預測生態系統對全球變化的響應。

論文信息

研究結果以“Decoupling of plant nitrogen and phosphorus under global change over the last two decades”為題發表在國際生態學經典期刊Journal of Ecology（全文鏈接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.70081）。中山大學生態學院2022級博士生洪藝雪和中國科學院地球環境研究所陳驥研究員為論文的共同第一作者，中山大學生態學院陳浩副教授為論文的通訊作者。中國科學院沈陽應用生態研究所呂曉濤研究員、中國科學院亞熱帶農業生態研究所李德軍研究員、阿拉伯聯合酋長國大學Mohamed S. Sheteiwy教授、沙特阿卜杜拉國王科技大學Fernando T. Maestre教授、阿伯丁大學Pete Smith教授、加迪斯大學Raúl Ochoa-Hueso教授、新墨西哥大學Robert L. Sinsabaugh教授為論文共同作者。該研究受到廣東省面上項目、深圳市面上項目，國家自然科學基金面上項目等項目的資助。

通訊員丨陳浩、洪藝雪

排版丨李佳悅

初審丨潘三川、姚宇鵬

審核丨儲誠進、劉陽、張丹丹

審核發布丨羅燕