近日，北京林业大学林学院青年教师田地及合作者在《Nature Communications》上发表题为“Environmental versus phylogenetic controls on leaf nitrogen and phosphorous concentrations in vascular plants”的研究论文，在维管植物叶片氮磷计量特征宏观格局驱动机制方面取得重要突破。田地副教授为论文第一作者兼第一通讯作者，北京林业大学（林木资源高效生产全国重点实验室）为第一完成单位。
氮和磷是植物生长所需的基本元素，调控光合作用及相应的生理生态过程。叶片氮和磷浓度及其计量关系是表征植物功能的关键性状。通过大量野外调查数据，前人报道了不同研究尺度植物叶片氮磷计量特征，分析了环境和进化历史的影响。然而，区分和量化环境因素和进化历史对叶片养分化学计量作用的核心挑战尚未得到可靠的解答，限制了相关理论的发展和应用。
在前期全球植物叶片氮磷数据库的基础上（Tian et al. 2019. Ecology），本研究联合欧洲ICP调查数据（Sardans et al. 2021. Nature Ecology & Evolution）和植物功能属性数据库（TRY-Plant Trait Dataset），构建并升级完成目前全球最大的植物叶片氮磷含量匹配数据库，包含36,413 组记录，每组记录匹配 45 个环境变量，共覆盖全球 7,549 个研究站点，涉及3,700 个物种。在此基础上，同时利用传统线性模型（Linear Models，LMs）和新型机器学习方法中的随机森林（Random Forest，RF），对比二者在分解环境因素和进化历史对叶片氮磷计量关系宏观格局的解释率方面的差异。结果发现，叶片氮磷计量特征的种内变异与种间变异一样重要，沿环境梯度的种内可塑性因物种而异，总体上氮磷比可塑性最高，而叶氮含量可塑性最低。环境变量分别解释了叶氮、磷浓度及其比值变化的 29%、31% 和 22%，随机森林模型确定了环境变量对种内变异的影响，而广泛使用的线性混合模型很大程度上忽略了这些影响。
该研究表明，环境因素对驱动物种内叶片氮磷计量关系的可塑性具有不可忽略的影响，对生物地球化学生态位假说（Biogeochemical Niche Hypothesis）以及物种分布在塑造叶片氮磷计量全球格局的主导作用提出了挑战。
瑞士伯尔尼大学Benjamin Stocker教授为本文的共同通讯作者。本研究得到了中国科学院植物研究所严正兵研究员、瑞士苏黎世大学Bernhard Schmid教授、德国马普研究所Jens Kattge研究员和北京大学方精云院士的重要贡献，并得到“十四五”重点研发青年科学家项目（No. 2022YFD2201600）、国家自然科学基金（32271680，31800397，31901086）等项目的支持。田地也得到Swiss Government Excellence Scholarship，中国科协第七届青年人才托举工程项目和北京林业大学“5•5工程”创新团队和青年拔尖人才计划的支持。
