华南植物园鲁显楷研究员团队在《全球变化生物学》发表最新研究，通过长达20年的野外氮添加试验，发现长期高氮沉降不但未减少热带森林植物地下碳分配，反而驱动植物上调根系分泌物来活化土壤磷，为破解热带森林碳汇维持之谜提供关键机制。
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。
为了破解这一瓶颈，研究团队于2002年在广东鼎湖山国家级自然保护区原始林（季风常绿阔叶林）建立了长期连续氮添加实验样地（4种梯度：0，50，100和150 kg N ha⁻¹ year⁻¹），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。研究发现，面对长期氮沉降引发的土壤有效氮磷失衡，热带森林植物并未“吝啬”其碳资源，反而进化出了一种积极的适应机制：一是通过提高根系分泌物碳输入速率，激发微生物磷酸酶活性，加速有机磷矿化；二是增强有机酸释放，促进矿物结合态磷的溶解。其中，有机酸途径起主导作用，其驱动的磷释放约为磷酸酶途径的2倍。这些结果表明，持续高氮沉降下，热带森林植物可通过“支付”更多的光合碳产物，换取维持生长所必需的磷，建立起了“根系分泌物-土壤磷活化”的正反馈循环。
该研究首次证实热带植物能通过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。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，这对预测未来气候变化背景下热带森林碳汇功能的演变至关重要。
相关研究成果以“Enhanced root exudation as an adaptation mechanism to facilitate phosphorus mobilization in a subtropical primary forest under chronic nitrogen deposition”为题，发表在全球变化研究领域权威期刊Global Change Biology（《全球变化生物学》）上。中国科学院华南植物园朱晓敏副研究员为论文的第一作者，鲁显楷研究员为论文通讯作者。中国科学院华南植物园莫江明研究员、陈伟彬、毛庆功副研究员，山东农业大学Benjamin L. Turner教授，西北工业大学张子良教授共同参与了此项研究。该研究获广东省科技计划项目和国家自然科学基金面上项目等资助。
论文链接：http://dx.doi.org/10.1111/gcb.70912
图 1 长期氮添加对热带季风常绿阔叶林优势树种根系分泌物的影响
图 2 长期氮添加对热带季风常绿阔叶林根际和非根际土壤林组分的影响
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