本、硕毕业于福建农林大学,中国农业大学博士生第一作者在一区Top期刊连发三篇研究论文,驱动植物磷策略的南北“双轨制”被首次证实

近日，中国农业大学资源与环境学院韩文轩教授团队在国际权威期刊《New Phytologist》上发表了一项重要研究成果，题为《Asymmetry in leaf phosphorus concentration of woody plants and its divergent drivers in the Northern and Southern Hemispheres》。这项研究系统挑战了长期以来生态学界普遍接受的一个假设：即南半球可被视为北半球的“镜像”或“复制品”，因此北半球所揭示的生物地球化学规律、生物地理格局、功能性状分布以及生态系统运行机制可以直接外推至南半球，甚至用于预测其变化趋势。例如，传统观点认为植物（以及土壤）中的磷浓度会随着纬度升高而增加，这一模式被认为在全球范围内具有普适性。

然而，韩文轩团队指出，南北半球在地质历史、海陆格局以及生物演化路径等方面存在根本性差异，这种对称性假说从未经过实证检验。基于大量野外实测数据和广泛文献整合，研究团队首次揭示出木本植物叶片磷（P）浓度在南北半球呈现出截然不同的纬度分布格局，并深入剖析了其背后的驱动机制。磷作为限制陆地植被生产力的关键营养元素之一，据模型估算，全球超过40%的陆地面积受到磷限制。而叶片作为植物进行光合作用和养分同化的核心器官，其磷浓度（以及氮磷比N:P）直接反映了植物所处环境中的养分限制状况。因此，厘清叶片磷浓度的宏观地理格局及其形成机制，对于准确预测全球植被对气候变化的响应至关重要。

以往的研究多基于北半球的数据，普遍认为叶磷浓度随纬度升高而上升，并提出了包括温度-植物生理学假说、温度-生物地球化学假说、土壤基质年龄假说及物种组成假说在内的多种解释机制。但这些结论是否适用于南半球，一直缺乏系统验证。考虑到南北半球在气候条件、植被类型和土壤特性等方面存在显著差异，研究团队构建了迄今为止最全面的全球木本植物叶片磷数据库，涵盖近7000个样点、3700余种植物，并结合气候、土壤及植物功能群等多维信息，采用多种统计建模与机器学习方法，对这一问题进行了深入解析。

研究发现，北半球木本植物的叶磷浓度确实随纬度升高而增加，而南半球则呈现相反趋势——随纬度升高而降低；且北半球植物的平均叶磷浓度（1.24 mg g⁻¹）显著高于南半球（0.74 mg g⁻¹）。在机制层面，北半球的数据主要支持温度-植物生理学假说，表明温度通过调控植物生理过程主导了磷的分配；同时土壤基质年龄和物种组成也起到一定作用。而在南半球，土壤基质年龄假说占据主导地位，土壤有效磷含量成为关键限制因子，温度-生物地球化学过程亦有一定影响。进一步分析还显示，叶片氮磷比（N:P）同样表现出显著的半球不对称性：其纬度变化趋势与磷浓度相反，且南半球的N:P显著高于北半球，说明南半球森林更易受到磷限制。

值得注意的是，在南半球独特的土壤发育历史（如古老、高度风化的土壤）和植被分布格局下，气候因素对叶磷纬度格局的影响方式与北半球截然不同。此外，驱动机制之间还存在复杂的交互效应：在南半球，降水与土壤有效磷的交互作用最为突出；而在北半球，温度与降水的协同效应更为显著。这些结果暗示，南半球植物的磷浓度主要受土壤供给能力制约，而北半球则更多由气候调控下的植物生理需求所决定。

这项研究不仅全面检验并修正了关于植物磷元素生物地理分布的传统认知，更清晰揭示了南北半球在磷循环机制上的根本差异：北半球以温度驱动的植物生理过程为主导，南半球则由土壤长期风化导致的磷贫瘠所控制。这一发现对于理解植物如何适应不同环境下的养分限制、预测未来气候变化下全球植被生产力的响应，以及改进动态全球植被模型（DGVMs）中碳-氮-磷耦合过程的参数化，均具有重要意义。

本论文第一作者为资环学院生态系博士生孟庆权，其博士研究聚焦于木本植物磷利用策略及其生态机制，2025年已在《Forest Ecosystems》和《Plant, Cell & Environment》等期刊连续发表相关成果。研究团队还包括在读博士生王嘉、陈家书，已毕业博士生施志娟，以及合作导师北京大学方精云院士和西澳大利亚大学著名植物生理生态学家Hans Lambers教授。韩文轩教授作为通讯作者，长期致力于生态化学计量学与化学生物地理学研究，尤其关注氮、磷等关键生命元素在植物功能性状与生态系统功能中的作用。