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Nature 发表论文:微生物对磷的竞争限制了成熟林的CO2反应

论论资讯 | 2024-06-06 43282热度

Nature

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Microbial competition for phosphorus limits the CO<sub>2</sub> response of a mature forest

Jiang Mingkai; Crous Kristine Y; Carrillo Yolima; Macdonald Catriona A; Anderson Ian C; Boer Matthias M; Farrell Mark; Gherlenda Andrew N; Castañeda-Gómez Laura; Hasegawa Shun; Jarosch Klaus; Milham Paul J; Ochoa-Hueso Rául; Pathare Varsha; Pihlblad Johanna; Piñeiro Juan; Powell Jeff R; Power Sally A; Reich Peter B; Riegler Markus; Zaehle Sönke; Smith Benjamin; Medlyn Belinda E; Ellsworth David S

Published:2024-06-05
DOI:10.1038/s41586-024-07491-0

研究背景

随着全球气候变化,二氧化碳(CO<sub>2</sub>)浓度的持续上升,陆地生态系统对额外碳的吸收能力成为研究热点。然而,土壤养分,尤其是磷(P)的可获得性,被认为是限制成熟森林增生物量吸收额外碳的关键因素。尽管已有研究表明在磷缺乏的土壤中生长的成熟森林对升高的CO<sub>2</sub>响应有限,但生态系统中磷循环及其对CO<sub>2</sub>响应的不确定性仍然是预测气候变化下陆地碳汇机制的瓶颈。

研究内容

本研究通过构建首个磷限制成熟森林在升高CO<sub>2</sub>条件下的综合磷预算,揭示了土壤微生物对磷的捕获限制了生态系统磷的再循环和植物吸收。研究发现,尽管树木对磷的利用效率高,但微生物对矿化土壤磷的预占似乎限制了树木在升高CO<sub>2</sub>条件下增加磷吸收和同化的能力,进而限制了其额外碳的吸收能力。研究还指出,通过增加根际碳释放到土壤中来刺激微生物磷循环和植物磷吸收的策略,可能是磷限制森林增加新生物量中碳捕获的必要途径。

研究意义

本研究的创新点在于首次全面评估了磷限制成熟森林在升高CO<sub>2</sub>环境下的磷循环,并揭示了微生物与植物之间的磷竞争机制。这一发现不仅增进了我们对生态系统磷循环及其对气候变化响应的理解,而且为地球系统模型的发展提供了关键机制,以预测未来长期的碳储存。此外,研究结果还为磷限制森林的管理提供了科学依据,指导如何通过调节土壤微生物活动来优化森林的碳吸收能力,对抗气候变化的影响。 通过这项研究,我们更清晰地认识到磷在调节森林对CO<sub>2</sub>升高响应中的核心作用,为全球碳循环和气候变化研究提供了重要的理论和实践指导。

图片赏析

图1|生态系统P预算. 环境CO2(AcO2)(A)和ECO2(B)处理下的生态系统磷预算,由6年(2013-2018年)在EUCFACE收集的数据汇总而成. 浅黄色方框(带方角)表示池(每平方米的G p),深黄色方框(带圆角)表示通量(每年每平方米的G p). Pi,无机P Po,有机P Pmin,净磷矿化通量. 植物的年磷需求量表示所需的磷量.
图2|在aCO2和eCO2处理下的时间平均生态系统磷池(每平方米克P)的比较. a,生态系统总P池,分为有机土壤、无机土壤和植物和垃圾. b,植物和垃圾P池,包括冠叶、树材、心材、细根、粗根、地下, c,土壤P池位于土壤的0-10、10-30和30-60厘米层,分为微生物P池、有机残留P池(总有机减去微生物P)、易碎P池和无机残留P池(总无机减去易碎P池 ) . d,操作上定义的土壤P生物利用度, 基于Hedley分馏法
图3|ACO2和ECO2处理下时间平均聚集生态系统磷通量的比较. A,植物磷需求通量,包括植物磷再吸收和吸收通量,代表支持年植物生物量生产所需的总通量. B,植物磷需求部分,分配到冠层、细根、林下、木本和繁殖磷生产通量,木质成分包括木材、树皮、嫩枝和粗根. C,土壤净磷矿化通量,包括
图4 | 时间平均CO2对主要磷循环变量的影响. a、CO2对主要植物和土壤P通量的影响(每年g P),即CO2对植物P需求的影响、植物P吸收和植物P吸收,以及0-10厘米、10-30厘米和30-60厘米深b中的净土壤P矿化通量. 二氧化碳对植物中P的平均停留时间(年)的影响c,二氧化碳对P使用效率的影响c,以支持上层和下层初级生产总量(分别为GPPo和GPPu),计算为GPPo和GPPu对各自的叶P生产通量,d. 二氧化碳对P使用效率的影响(g C/g P),以支持总GPP和植物生长,具有以下特点:

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