氮磷添加对热带次生林木本植物叶片功能性磷转化的影响及机制

Relationships between the higher primary produtivity and lower soil phosphorus availability in global tropical forest ecosystem are important topics in ecology, therefore, investigating the ecoligical and physiological mechanisms of plant leaf adapting to low soil phosphorus is benefit to understand the contradiction between the produtivity and soil phosphorus availability in tropical forest. Phosphorus (P) is an limiting factor affecting plant growth in tropical forest, and P addition could increase foliar P contents. However, the transformation pattern and physiological mechanisms of different foliar functional P fractions in response to P addition are still unclear. In this study, we select the typical tropical secondary forest in South China, to explore the effects of field-based nitrogen (N) and P addition on woody plant leaf physiological index and the transformation of foliar functional P fractions. We clarify the coupling reliationships between different foliar functional P fractions and physioligical index, in order to illuminate the physiological and ecological mechanisms of woody plant in response to higher atmospheric N deposition and lower soil phosphorus availability via investigating the transformation of foliar functional P fractions in tropical forest, which would provide scientific basis and practical guidance for the sustainable operation and management of secondary forests/plantations in South China.

全球热带森林生态系统较高生产力与其土壤磷有效性较低的关系是生态学领域研究的重要课题，因此探讨热带森林植物叶片对土壤低磷环境的生理生态适应机制有利于理解热带森林生产力与土壤磷有效性的矛盾。磷是热带森林植物生长的限制性因子，磷添加可以提高热带森林植物叶片的磷含量，但对叶片不同功能性磷组分的转化规律及生理机制尚不清楚。本项目拟选取华南地区典型热带次生林生态系统，探究氮和磷添加对木本植物叶片相关生理指标及功能性磷组分转化等的影响，解析不同功能性磷组分与生理指标的耦合关系，试图从叶片功能性磷组分的转化策略阐明热带次生林木本植物对大气高氮沉降及土壤低磷有效性的生理生态适应机制，为华南地区的次生林/人工林的可持续的经营和管理提供科学依据和实践指导。

热带森林生态系统高生产力与其土壤低磷的矛盾是生态学领域长期关注的课题。探讨热带森林植物叶片磷的利用特征及对土壤低磷环境的生理生态适应机制有利于解析热带森林生产力与土壤磷有效性的矛盾。磷是热带森林植物生长的限制性因子，研究表明磷添加可以提高热带森林植物叶片的磷含量，但对叶片不同功能性磷组分的转化规律及生理机制尚不清楚。本项目探究氮磷添加对热带次生林木本植物叶片功能性磷组分转化、叶片微量元素及相关生理因子的影响及相互关系，重要结果如下：1）叶片氮磷比的结果表明该森林是磷限制的生态系统，磷添加降低了叶片磷利用效率和比叶重，但磷添加增加了叶片磷和氮的浓度，而氮添加对叶片性状无显著影响。磷添加对植物的光合作用的影响非常有限，磷添加增加了所有物种叶片的代谢磷、结构磷和核酸磷组分，但其增加的幅度因种而异。2）磷添加显著降低了叶片非结构性碳水化合物（NSC）含量（包括可溶性糖及淀粉），表明在低磷土壤环境中，叶片的NSC更容易受到土壤磷有效性的调控。同时，在磷添加下叶片NSC与比叶面积（LMA）的负相关关系表明NSC可以为叶片的扩展提供额外的碳源。磷添加下快速增加的结构性磷组分可以支撑这一结论。3）叶片的形态结构存在显著的种间差异，磷添加仅显著影响了干湿两季的比叶面积，而氮添加对叶片的形态结构无显著影响；氮添加仅显著影响了干季叶片的叶绿素a含量，而磷添加对其它光合色素含量没有显著影响；氮添加仅显著影响干季叶片的钾含量，而磷添加对干湿两季叶片的钾含量均产生了显著影响。这表明热带次生林植物叶片的比叶面积及磷含量与氮磷比受到磷限制的影响较大，而光合色素及微量元素含量受到磷有效性的限制较小。本项目研究结果表明，热带森林木本植物通过调控叶片不同功能性磷组分的转化及相关生理过程，来适应长期的土壤低磷环境，这些结果可为华南地区的次生林/人工林的可持续经营和管理提供科学依据和实践指导。