Nature | 低磷含量限制了热带亚马逊森林生产力

以下文章来源于生态学家 ，作者生态学家

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在地球系统模型中纳入养分循环，大大降低了对大气CO2增加条件下植被未来碳吸收量的预测。氮和岩石衍生元素（如磷）的循环之间的根本差异，意味着磷的限制可能比氮的限制对植物对CO2施肥的反应造成更大的限制。

在土壤发展过程中，岩石或母质的风化为最初的植被发展提供了主要的磷源。然而，经过数百万年，母质逐渐枯竭，可用的磷以及岩石中的盐基阳离子（如钙、镁和钾），可能通过淋溶而流失，或通过铁和铝的氧化物闭塞而无法使用；而其中，有机磷成为枯竭和高度风化系统的关键库。相反，氮往往会随着时间的推移而积累，因为生物固定和大气沉积的氮输入往往超过了氮的损失。

因此，生长在高度风化的热带土壤上的雨林，其生产力预计会受到磷供应的限。

然而，施肥控制实验未能揭示磷在控制热带森林净初级生产力中的主导作用。最近的综合研究表明，热带森林净初级生产力对施氮和施磷的响应相似；热带森林似乎适应了其土壤长期的低磷状况，即使在明显的土壤磷梯度上，它的净初级生产力保持不变。

相比大多数热带施肥实验的土壤条件，亚马逊河流域的大部分地区的土壤磷更加贫瘠；这些控制实验地点的土壤和植被条件比较特殊，与整个亚马逊地区的非常不同，因此其结果不能推断到整个亚马逊森林，特别是那些生长在盆地中部和东部地区低肥力土壤上的森林。

因此，磷供应限制热带森林生产力的程度是非常不确定的。直接确定土壤肥力对热带森林生长控制及其主导元素，仍然是一个关键的知识差距，解决这个问题对于理解森林生长动态和预测对CO2施肥的反应至关重要。

对此，研究人员在2017年，于亚马逊雨林中建立了一个大规模的磷、氮和盐基阳离子添加实验（AFEX）；该实验站点的土壤低磷含量较，能代表60%亚马逊盆地森林的土壤特征。

图1：整个亚马逊流域的原始森林样地的土壤总磷实测值。

研究发现，森林净初级生产力完全随着磷的添加而增加，而不受氮和盐基阳离子添加的影响。实验结果清楚地表明，该森林的净生产力仅受磷的限制。2年后，施磷明显促进了细根（+29%）和树冠（+19%）的生产力，但对茎的生长没有影响。

图2：氮、磷和盐基阳离子添加对总净初级生产力及其组分的影响。

本研究的施肥控制实验提供了直接证据，证明磷而非氮的可用性控制着亚马逊中部和东部的低肥力土壤的森林生产力，这对预测森林对气候变化和大气CO2含量上升的反应有重大意义。

磷的限制可能比氮的限制对森林对大气CO2上升的反应有更大的限制，对亚马逊地区目前的高碳吸收率保持的可能性提出质疑。此外，由于热带森林对气候变化的抵抗力取决于它们对CO2上升作出积极反应的能力，如果对CO2增加的反应受到磷供应的限制，生长在低肥力土壤中的亚马逊森林可能比目前认识到的更加脆弱。对亚马逊森林中养分限制作用的这一新认识，对当前和未来避免气候变化最危险后果所需的缓解政策具有关键意义。

论文信息

标 题：Direct evidence for phosphorus limitation on Amazon forest productivity

期 刊：Nature

类 型：Article

作 者：Hellen Fernanda Viana Cunha【National Institute for Amazonian Research】, Kelly M. Andersen【Nanyang Technological University】, …... , Carlos Alberto Quesada【National Institute for Amazonian Research】

时 间：2022-08-10

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05085-2

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转自：“生态科研笔记”微信公众号

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