圖1 熱帶雨林原始林和次生林植物群落水平功能性狀特征及其關(guān)鍵影響因子

圖2 熱帶雨林原始林和次生林土壤微生物功能組成特征及其關(guān)鍵影響因子

圖3 植物功能性狀和資源策略對氮磷養(yǎng)分變化的響應(yīng)及其對土壤微生物功能組成的級聯(lián)效應(yīng)

全球氮沉降激增而磷沉降相對緩慢，由此引發(fā)土壤氮磷養(yǎng)分失衡的生態(tài)問題，這在“富氮缺磷”的熱帶森林中尤為凸顯。植物會通過改變功能性狀而調(diào)整資源獲取策略來適應(yīng)土壤養(yǎng)分的變化，土壤微生物則通過改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)與功能組成來應(yīng)對養(yǎng)分波動。然而，在土壤氮磷養(yǎng)分供給失衡的條件下，植物和土壤微生物群落水平上的響應(yīng)特征及其內(nèi)在關(guān)聯(lián)仍存在研究空白。

鑒于此，熱林所生物多樣性與生態(tài)服務(wù)團(tuán)隊依托海南尖峰嶺國家森林生態(tài)系統(tǒng)定位站平臺，通過結(jié)合熱帶雨林60 ha大樣地和160 km2公里網(wǎng)格樣地植物、土壤與微生物監(jiān)測數(shù)據(jù)的空間多變量分析與一個為期14年的原位養(yǎng)分添加實驗開展研究，首次系統(tǒng)地揭示了磷限制的熱帶雨林土壤中營養(yǎng)誘導(dǎo)的植物功能性狀和微生物群落變化特征，并深入探究了植被如何調(diào)節(jié)微生物群落對外源養(yǎng)分輸入的響應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高氮低磷的營養(yǎng)環(huán)境促使熱帶雨林樹木的葉片通常具有較低的養(yǎng)分含量和較高的干物質(zhì)含量，從而引發(fā)葉片性狀向保守型資源策略轉(zhuǎn)變，這種植物性狀的變化會選擇性地招募叢枝菌根真菌和腐生真菌，而非外生菌根真菌，以促進(jìn)磷的吸收。然而，土壤磷含量增加則導(dǎo)致植物性狀向獲取資源策略轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為葉片磷含量、葉面積指數(shù)及性狀多樣性增加，同時土壤細(xì)菌K策略者和外生菌根真菌的相對豐度也隨之增加。這些變化將進(jìn)一步改變養(yǎng)分循環(huán)并影響土壤碳封存。研究結(jié)果增強(qiáng)了我們對熱帶森林植物適應(yīng)土壤氮磷失衡機(jī)制的理解，為預(yù)測未來土壤養(yǎng)分條件變化情景下的微生物動態(tài)及其相關(guān)功能提供了理論支撐。

相關(guān)研究成果以Plant Functional Traits Define Microbial Response to Nutrient Availability in Tropical Rainforest Soil為題發(fā)表在生態(tài)學(xué)頂級期刊《Global Change Biology》。熱林所陳潔副研究員為第一作者，李艷朋副研究員為共同第一作者，許涵研究員為通訊作者。熱林所李意德研究員、陳德祥研究員和周璋副研究員對本研究做出了重要貢獻(xiàn)，中國科學(xué)院華南植物園劉占峰研究員、澳大利亞西澳大學(xué)Hans Lambers教授和德國哥廷根大學(xué)Yakov Kuzyakov教授為論文提供了寶貴建議。該研究工作得到中國林科院優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才培育項目(CAFYBB2020QB003)和國家自然科學(xué)基(32371851)的資助。