文献速读

针对“长期高氮沉降下富氮缺磷的热带森林如何调整养分获取策略维持生态系统功能”这一科学问题，华南植物园鲁显楷团队依托鼎湖山20年氮沉降实验平台，量化了根系分泌与土壤磷转化过程，发现长期氮沉降促使树木增加根系碳分泌，通过羧酸溶磷与磷酸酶矿化双途径活化根际磷，缓解氮诱导的磷限制。该研究打破了“长期氮添加降低地下碳分配”的传统范式，揭示了富氮生态系统维持高碳汇的根际正反馈机制。

正文导读

研究背景：全球养分失衡引发的生态谜题

近半个世纪多以来，全球氮沉降持续加剧扰乱了生态系统的氮磷平衡，尤其是在有效磷相对匮乏的热带亚热带地区。基于温带氮限制生态系统的大量经验研究，形成了经典认知：施氮会缓解植物对氮的竞争，从而减少光合产物向地下的分配，尤其降低根系分泌物的释放。然而，这一范式能否直接套用于“富氮”但磷匮乏的热带亚热带森林，长期缺乏实验证据，这成为预测高氮沉降背景下森林碳-磷反馈与生态系统稳定性的关键认知瓶颈。

试验怎么做

本研究在广东鼎湖山国家级自然保护区的原始季风常绿阔叶林内开展，依托 2002 年建立的长期模拟氮沉降试验平台进行，包括4个处理：0，50，100和150 kg N ha^-1yr^-1。2022年7月，选取林内4个优势树种（Aidia canthioides、Cryptocarya chinensis、Cryptocarya concinna、Castanopsis chinensis），采用原位根系分泌收集装置采集分泌物；并在每个样方内分别采集根际土和非根际土，测定土壤磷组分分级，微生物与酶活性以及土壤铁铝氧化物含量，系统探讨了热带森林植物如何通过调节根系分泌物及其介导的土壤磷动态来适应长期高氮沉降。

重要发现与结论：

长期氮添加促进根系分泌，降低根际土壤磷组分含量。高氮处理下4个树种平均根系分泌速率较对照提升60.7%，分泌的草酸、苹果酸、柠檬酸总含量达到对照的1.97倍。中氮和高氮处理显著降低了根际土壤中活性有机磷与矿物结合态有机磷的含量，而非根际土壤中这两种磷组分含量均无显著变化。

图 1 长期氮添加对亚热带原始林优势树种根系分泌物的影响。（a）根系分泌速率；（b）根系分泌羧酸，包括草酸、苹果酸和柠檬酸。

根系分泌驱动磷活化的两条核心路径：

生物途径：根系分泌的碳源刺激根际微生物生长，显著提升酸性磷酸酶活性，加速土壤有机磷矿化。

非生物途径：根系分泌的羧酸通过螯合铁铝离子，破坏矿物结合态磷的固定结构，溶解被矿物吸附的磷。

相对贡献：羧酸溶解矿物磷释放的磷量，是磷酸酶分解有机磷释放量的2倍。这表明非生物驱动的化学活化过程是该森林根际土壤磷活化的主要途径。

图 2 长期氮添加对根际和非根际土壤磷组分的影响。PlAP：植物可利用磷，Labile Po：活性有机磷，SMP：次生矿物磷；PMP：原生矿物磷；OcP：闭蓄态磷

图 3 长期氮添加促进热带森林根系分泌物及根际磷循环的理论框架。长期氮添加促进了根系分泌作用，通过磷酸酶和羧酸介导的途径加速了根际磷的活化。这一过程降低了根际有效氮磷比，从而缓解了根际的氮磷失衡；相比之下，非根际土壤的有效氮磷比依然较高，氮磷失衡问题仍然严峻。

研究创新性：

该研究首次证实热带植物能通过主导上调根系分泌物释放来适应长期高氮沉降，修正了“氮沉降导致地下碳分配减少”的传统观点。

研究意义：

这一发现不仅解释了热带“富氮”森林如何维持高生产力与稳定性，还表明生态系统在面对长期环境压力时可能拥有更复杂的主动适应策略。该成果为理解富氮生态系统的养分适应策略提供了关键实证，也提示未来地球系统模型需纳入根系分泌物的功能组成对养分状况的响应，才能更准确地预测全球变化下热带森林的碳汇动态与生态系统稳定性。

论文信息

标题：Enhanced Root Exudation as an Adaptation Mechanism to Facilitate Phosphorus Mobilization in a Primary Tropical Forest Under Chronic Nitrogen Deposition

期刊：Global Change Biology

类型：Research paper

作者：朱晓敏，张子良，Turner BL., 陈伟彬，毛庆功，李安迪，莫江明，鲁显楷*

发表时间：2026年5月15日

DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.70912

扫码阅读全文

期刊介绍

Global Change Biology (GCB) 是一本聚焦全球环境变化的国际期刊，致力于通过应对可持续发展、气候变化与环境保护、粮食与水安全供给以及全球健康等重大挑战来塑造未来、解决世界性难题。期刊旨在促进人们对全球变化影响生物系统及其解决方案的理解，是全球变化生物学领域的重要国际学术交流平台。

2025 JIF：12.5 ｜ CiteScore：21.1

https://onlinelibrary.wiley.com/journal/13652486

扫码进入期刊主页