名家观点 | 杜恩在副教授在《自然-地球科学》期刊发文揭示陆地生态系统氮、磷限制格局

2020年2月10日，自然-地球科学（Nature Geoscience）杂志在线发表了北京师范大学地理科学学部杜恩在副教授及合作者的最新研究成果，提出了基于生态系统尺度叶片氮、磷重吸收效率比值指示氮、磷限制的理论框架，量化评估了全球自然陆地生态系统氮、磷限制的空间特征及关键影响因素，完成了全球自然陆地生态系统氮、磷限制的高分辨率空间制图。该论文题为“全球陆地生态系统氮磷限制格局（Global patterns of terrestrial nitrogen and phosphorus limitation）”。

氮和磷是植物生长所必需的两种最为重要的养分元素。

著名生态学家Chapin III, F. S.在1980年代将养分限制的概念引入陆地生态系统，诸多学者后续研究认为氮和磷是限制陆地植物生长的关键元素并且氮限制的影响更为广泛。在气候变化和CO2浓度持续上升的背景下，氮、磷养分供给不足可能会限制陆地植物生长及其对大气CO2的吸收能力，成为制约未来陆地碳汇的重要因素。然而，由于以往研究方法的局限性，关于全球陆地生态系统氮、磷限制的空间分布仍缺乏定量认识。

杜恩在副教授与斯坦福大学Rob Jackson教授团队合作，根据化学计量内稳态假说和最小限制因子定律，推导提出基于生态系统尺度叶片氮、磷重吸收效率比值指示氮、磷限制的理论框架，进一步建立全球陆地植物叶片氮、磷重吸收效率数据库和全球养分添加实验数据库，并在上述框架基础上量化评估了全球陆地生态系统氮、磷限制的空间特征及关键影响因素，完成了全球陆地生态系统氮、磷限制的高分辨率空间制图（图1）。

图1. 全球自然陆地生态系统氮（N）、磷（P）限制空间格局（深灰色为氮、磷共同限制或氮、磷微弱限制的区域，浅灰色为城市、农田、裸地和冰川覆盖区域）

该研究发现，全球自然陆地生态系统（农田、城市和冰川除外）有18%的区域受到较强的氮限制，而43%的区域受到较强的磷限制，其他39%的区域则受氮、磷共同限制或氮、磷任一元素的微弱限制。总体而言，氮限制在在苔原、北方针叶林、温带针叶林、山地草原及灌丛较为普遍，磷限制在热带及亚热带森林、温带阔叶林、沙漠、地中海植被、以及热带、亚热带和温带草原、稀树草原和灌丛较为常见。

该研究的主要贡献包括以下三方面

01

该研究提出的氮、磷限制判定理论框架为生态系统养分限制评估提供了新的思路；

02

该研究表明在全球尺度上磷限制比氮限制在自然陆地生态系统有更广泛的影响，更新了对陆地生态系统氮、磷限制格局的传统认识；

03

该研究完成的全球陆地生态系统氮、磷限制空间制图为地球系统模式提供了基准数据，有望提高对未来气候变化和CO2浓度上升情景下全球陆地碳汇预测的准确性。

北京师范大学地理科学学部杜恩在副教授为论文第一作者和第一通讯作者，斯坦福大学Rob Jackson教授为论文共同通讯作者，其他合作者来自美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室、瑞典隆德大学、荷兰乌特勒支大学、中科院植物所等研究机构。该研究受到国家自然科学基金（41877328, 41630750 & 31400381）、霍英东青年教师基金（161015）、地表过程与资源生态国家重点实验室项目（2017-ZY-07）资助。

杜恩在副教授主要从事养分元素生物地球化学与生态系统生态学方面的研究工作，在全球陆地生态系统氮、磷限制格局、多种养分元素大气沉降时空变化特征、大气氮沉降与酸沉降的生态效应等方面取得积极进展，围绕上述研究内容在Nature Geoscience、Nature Climate Change、PNAS、Atmospheric Chemistry and Physics等期刊发表论文40余篇，共同编辑出版中国大气活性氮（Atmospheric Reactive Nitrogen in China）英文专著1部，担任国际林联（IUFRO）大气沉降、土壤与养分循环研究组（Unit 8.04.03）协调官、Environmental Pollution与Science of The Total Environment专刊编辑、第十届国际酸沉降大会国际学术顾问委员会委员。

注：论文全文链接请点击“阅读原文”

转载自中国地理学会微信公众号

经作者授权转载

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图文排版：田可

责任编辑：乔智

审编：王波涛 常贵蒋

终审：顾伟男 田巍 梁龙武

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