10月27日，本刊青年编委闫涛教授在Ecology 期刊发表题为“Attenuated asymmetry of above- versus belowground stoichiometry to a decadal nitrogen addition during stand development”的研究论文，揭示了人工林生态化学计量对长期氮添加的响应机制。
氮沉降是生态系统面临的全球性环境问题之一，长期的氮沉降会直接影响生态系统的碳、氮、磷等元素的生物地球化学循环过程，进而对生态系统功能产生深远影响。因此，解读生态化学计量与生态系统功能之间的关系对于理解氮沉降对生态系统碳汇功能的影响至关重要。根据生态化学计量理论，生物体在外部养分输入下可以维持化学计量稳态。植物较低的化学计量稳态性和微生物的快速适应性可能导致氮添加背景下地上-地下化学计量的非对称响应。随着近几十年全球范围内人工林的大幅扩张(约每年增加500万公顷)，人工林现已占全球森林总面积的约7%(2.9亿公顷)。尽管人工林在生态(如碳汇)和生产(如木材供应)方面具有显著优势，但这些森林中往往存在养分供应与生长需求之间的不匹配，且越来越多的证据表明，人工林的生态化学计量受林龄的调控。然而，不同林龄地上-地下化学计量如何响应长期氮添加尚不清楚。
本研究基于我国北方温带华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林生态系统为期10年(2011-2020)的氮添加控制实验，包括3个林龄（幼龄林、中龄林和成熟林）和3个氮添加水平(对照：0 kg N hm−2 a−1；低氮添加：20 kg N hm−2 a−1；高氮添加：50 kg N hm−2 a−1)。结果表明，低氮添加对地上(叶片和凋落物)和地下(土壤和微生物)的化学计量比均无显著影响，而高氮添加则引起地上和地下化学计量比显著的非对称响应，且在林分发育过程中这种非对称性逐渐减弱。在经历10年氮添加后，幼龄林和中龄林由相对氮限制转向氮-磷共同限制状态，而成熟林则继续呈现氮限制状态。同时，3个林龄的土壤微生物均表现出相对磷限制状态。长期氮输入下，树木的氮限制与微生物的磷限制导致地上-地下的养分生态位分化，这有助于缓解资源竞争，有利于不同营养需求的生物群体在养分限制的环境中共存，这可能是成熟林比幼龄林分更快达到化学计量稳态的原因。
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图1 长期氮添加下不同林龄地上-地下化学计量比的非对称响应的假设概念图。
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图2 幼龄林、中龄林和成熟林的地上-地下化学计量比对长期氮添加的非对称响应。
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图3 长期氮添加下林木(地上)和微生物(地下)氮/磷限制之间的关系。
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图4 地上-地下化学计量对长期氮添加的非对称响应随林分发育而减弱。
本研究为我们理解在全球变化背景下幼龄林作为巨大碳汇的机制(尤其地上-地下碳储量存在非对称性)提供了新视角，并强调生态化学计量在模拟和预测未来森林生态系统碳汇及其功能稳定性中的重要作用。
兰州大学草地农业科技学院博士生宁石杰和硕士生何昕如(已毕业)为该论文的共同第一作者，闫涛教授为通信作者，马田青年研究员也参与了本研究。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/ecy.4458
