青藏高原高寒草地是全球重要的高寒生态系统之一，其低温环境限制了土壤有机质分解和养分释放过程，使植物生长长期受到氮、磷等关键养分供给的制约。随着大气沉降增加及人类活动增强，外源养分输入正在改变高寒生态系统的养分循环过程，并可能影响植物群落结构和生态系统功能。目前，关于氮磷富集影响高寒草地植物群落的研究多集中于生物量和生产力变化，而长期养分输入如何改变不同植物功能群对不同氮形态的吸收策略，以及这种资源利用分化如何影响群落资源分配和生产力仍缺乏深入认识。
为此，中国科学院青藏高原研究所生态系统功能与全球变化团队依托西藏那曲高寒草地长期氮、磷养分添加实验，结合原位15N同位素示踪技术，分别以铵态氮、硝态氮和甘氨酸为标记氮源，测定植物对不同氮形态的吸收。研究重点比较了莎草科、禾本科和杂草类三种植物功能群在不同氮磷供给条件下的氮吸收速率、氮形态偏好及其资源获取策略差异。
图1 不同氮磷添加处理下植物功能群对铵态氮、硝态氮和甘氨酸来源氮的吸收策略
研究发现，长期氮磷富集不仅改变了不同植物功能群的氮获取策略，而且这种氮获取差异与植物生产力密切相关。群落整体以铵态氮为主要氮源，表现为铵态氮＞硝态氮＞甘氨酸来源氮的利用格局。其中，作为群落优势功能群的莎草科主要依赖铵态氮，在中等氮添加条件下氮吸收显著增强。进一步分析发现，植物总氮吸收与生物量在群落和功能群尺度上均呈显著正相关，且莎草科生物量与群落生物量显著正相关，表明莎草科较强的氮获取能力可能是维持其优势生物量并影响高寒草地生产力的重要机制。与莎草科不同，禾本科能够根据养分环境变化灵活调整对不同氮形态的吸收，表现出较强的资源利用可塑性；杂草类则在高氮高磷条件下显著增强硝态氮和甘氨酸来源氮吸收，通过利用非优势氮资源形成差异化获取策略。不同功能群对氮资源的分化利用有助于降低直接竞争和提高群落层面的资源利用互补性，从而为群落生物量维持和生产力响应提供养分获取机制。值得注意的是，群落总氮吸收在中等氮添加下显著增加，而进一步增加氮输入并未继续促进氮吸收，表现出明显的非线性阈值响应。这意味着植物对氮的获取能力可能先于生物量达到饱和，高水平养分输入并不能持续转化为更强的植物氮获取和生产力增长。
图2 氮磷富集背景下高寒草地植物功能群差异化氮获取策略示意图
上述研究成果以“Contrasting N Form Uptake Strategies of Alpine Plant Functional Groups Under N and P Enrichment”为题，发表于AGU旗下地学权威期刊 Journal of Geophysical Research: Biogeosciences。中国科学院青藏高原研究所与中国科学院地理科学与资源研究所联合培养博士喻成玲为论文第一作者、中国科学院青藏高原研究所姜丽丽研究员为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金项目、西藏自治区科技厅和地方科技局相关科技项目等资助。
