近期，中國科學院華南植物園恢復生態學研究團隊在熱帶森林土壤碳磷循環對養分輸入的響應機制方面取得重要進展。研究顯示，長期磷添加導致土壤總磷含量激增超過3倍，卻未顯著提升土壤有機碳儲量。該研究首次實證了土壤“碳庫穩定、磷庫飆升”的解耦現象，對“磷限制是制約熱帶高度風化土壤碳固存關鍵因素”的傳統觀點提出挑戰，為全球變化背景下熱帶森林的可持續管理提供了全新科學依據。

全球養分失衡引發的生態謎題

人類活動導致的氮、磷沉降不斷加劇，正深刻改變全球生物地球化學循環格局。熱帶森林土壤碳庫占全球陸地土壤碳儲量的30%以上，其穩定性直接關系到氣候調節功能。傳統理論認為，熱帶土壤碳穩定性與磷的有效性密切相關，磷的缺乏會抑制土壤固碳過程。然而，長期氮磷輸入失衡將如何重塑土壤碳磷之間的耦合關系，一直是學界懸而未決的關鍵問題。

長期定位觀測揭示關鍵機制

研究團隊依托中國科學院小良熱帶海岸生態系統研究站的長期土壤氮磷添加實驗平臺(始建于2009年)，綜合運用固體13C核磁共振、液體31P核磁共振光譜以及土壤有機碳分級等技術，系統解析了熱帶森林土壤中顆粒態有機質(POM)與礦物結合態有機質(MAOM)兩大功能碳庫中碳、磷含量及其化學形態對養分輸入的響應。其中，POM主要來源于植物殘體，周轉速率較快;MAOM則以微生物轉化產物為主，通過與礦物結合實現長期穩定固存，二者共同調控土壤碳的持久性。

核心發現：土壤碳磷對養分輸入的響應“分道揚鑣”

(1)碳庫“保持穩定”：養分添加對土壤有機碳濃度、碳庫分配格局及其化學組成均未產生顯著影響。這與傳統認知中“磷添加促進熱帶土壤碳積累”的觀點相悖，表明僅提高磷有效性并不能有效激發土壤碳匯功能。研究推測，這可能與微生物激發效應促進碳礦化、熱帶土壤礦物結合位點趨于飽和等多種機制有關。

(2)磷庫“激增逾三倍”：磷添加(包括單獨施磷及氮磷配施)使土壤總磷和無機磷含量顯著上升，增幅超過三倍，且這一增長主要發生在POM組分中，MAOM中的磷含量則維持穩定。同時，磷添加引起土壤碳磷比與氮磷比顯著下降，有機磷比例降低，無機磷比例上升。

(3)功能碳庫“角色分明”：POM作為“響應庫”，其磷含量與無機磷呈正相關，與有機磷呈負相關;MAOM則作為“穩定庫”，其磷的穩定性主要受礦物保護機制支配。值得注意的是，MAOM中磷濃度與土壤芳香碳含量、微生物殘體貢獻呈負相關，暗示過量磷輸入可能干擾微生物介導的長期碳穩定過程。

圖1. 不同養分添加下熱帶森林土壤有機碳與磷的化學組成。注：土壤13C NMR譜圖(a)、碳化學組分(b)、31P NMR譜圖(c)及磷化學組分(d)。Pyro，焦磷酸鹽磷;O-P，正磷酸鹽磷;P-diester，磷酸二酯磷;O-mono，磷酸單酯磷。CK，不施肥;N，施氮肥;P，施磷肥;NP，氮磷肥配施。

圖2. 長期氮磷添加下熱帶森林土壤碳庫與磷庫演變軌跡的概念圖

管理啟示與全球意義

該研究首次揭示長期磷沉降背景下熱帶森林土壤碳磷循環的化學解耦機制，指出持續的磷輸入可在礦物表面形成“遺留磷”，從而降低MAOM的形成效率，潛在地削弱土壤的長期碳匯功能。論文通訊作者劉占鋒研究員強調，熱帶地區應因地制宜制定養分管理策略，避免盲目增施磷肥，以維護碳磷平衡與生態系統穩定。研究成果也為全球土壤碳模型提供了關鍵參數，有助于更精準地預測氣候變化背景下熱帶森林的碳匯潛力。研究團隊后續將結合同位素示蹤、X射線吸收光譜及微生物功能基因分析等技術，進一步解析POM中無機磷的來源，評估季節動態對碳磷解耦過程的影響，為熱帶生態系統的可持續管理提供更系統的科學支撐。

相關研究成果以“Divergent chemical responses of soil carbon and phosphorus to nutrient addition mediated by functional carbon pools in tropical forests”為題發表在國際學術期刊Plant and Soil上。華南植物園鶴山站博士后李騰騰為論文第一作者，劉占鋒研究員為通訊作者。該研究獲廣東省重點領域研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助。