Global spectra of plant litter carbon, nitrogen and phosphorus concentrations and returning amounts
Kai Yue
Key Laboratory of Humid Subtropical Eco-Geographical Processes of the Ministry of Education, School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou, China
摘要
凋落物分解是决定陆地生态系统中碳 (C) 和养分循环的关键生态过程。凋落物中 C 和养分的初始浓度在此过程中起着关键作用，但人们对凋落物中 C、氮 (N) 和磷 (P) 的初始浓度的全球模式了解甚少。
我们采用机器学习和全球数据库来定量评估落叶初始 C、N 和 P 浓度的全球模式和驱动因素，以及它们的返回量（即返回土壤的量）。
凋落物C、N和P浓度中值分别为46.7%、1.1%和0.1%，凋落物C、N和P归还量的中值分别为1.436、0.038和0.004 Mg ha−1 year−1。土壤和气候是凋落物C、N和P浓度的主要预测因子。预测的全球地图显示，凋落物N和P浓度随纬度增加而降低，而C浓度则呈现相反的趋势。此外，两个半球的凋落物C、N和P的归还量都从赤道向两极呈下降趋势。
综合：我们的研究结果对全球落叶碳、氮和磷的浓度和返回量进行了定量评估，为落叶在全球碳和养分循环中的作用提供了新的见解。
图 2. 不同生命型、菌根共生体和分类学分部的落叶 C（a）、N（b）和 P（c）浓度比较。方框跨度从第一四分位数到第三四分位数，中位数和平均值标记为方框的黑色水平线和红色实心圆。不同字母表示不同植物菌根共生体之间存在显著差异，* p < 0.05、** p < 0.01 和 *** p < 0.001。ns ，组间不显著（p > 0.05）；AM，丛枝菌根；ECM，外生菌根；Dual，与 AM 和 ECM 真菌相关的植物。
图 3. 落叶 C、N 和 P 浓度的预测性能和变量相对重要性。（a–c）落叶 C（a）、N（b）和 P（c）的预测值。灰色虚线表示 1:1 线，红色实线表示预测值和观测值之间的回归线。（d–f）使用最重要的环境变量（落叶 C（d）、N（e）和 P（f）浓度）运行的随机森林模型评估的相对重要性。环境变量缩写列于表 S1中。
图 4
叶凋落物 C、N 和 P 浓度预测变量的偏相关图。黑色实线表示局部加权回归。环境变量缩写列于表 S1中。
图 5
落叶层中 C、N 和 P 浓度和返回量的全球模式。左侧和右侧的地图分别显示了 C (a)、N (b) 和 P (c) 的浓度和返回量。所有地图均以 0.5° 分辨率投影。
结论
本研究量化了全球凋落物 C、N 和 P 浓度和返回量的模式，发现凋落物 C、N 和 P 浓度受菌根共生、分类学划分和/或生命形式的影响。在影响凋落物 C、N 和 P 浓度的因素中，气候和土壤是最重要的。全球范围内，两个半球的凋落物 C 浓度随纬度增加而增加，而 N 和 P 浓度以及凋落物 C、N 和 P 的返回量随纬度增加而减少。这些结果为理解凋落物在陆地生态系统生物地球化学循环中的作用提供了新的视角，并可以改进基于过程的陆地 C、N 和 P 循环模型的预测。
