近日，林學院青年教師田地及合作者在《Nature Communications》上發表題為“Environmental versus phylogenetic controls on leaf nitrogen and phosphorous concentrations in vascular plants”的研究論文，在維管植物葉片氮磷計量特征宏觀格局驅動機制方面取得重要突破。田地副教授為論文第一作者兼第一通訊作者，北京林業大學（林木資源高效生產全國重點實驗室）為第一完成單位。
氮和磷是植物生長所需的基本元素，調控光合作用及相應的生理生態過程。葉片氮和磷濃度及其計量關系是表征植物功能的關鍵性狀。通過大量野外調查數據，前人報道了不同研究尺度植物葉片氮磷計量特征，分析了環境和進化歷史的影響。然而，區分和量化環境因素和進化歷史對葉片養分化學計量作用的核心挑戰尚未得到可靠的解答，限制了相關理論的發展和應用。
在前期全球植物葉片氮磷數據庫的基礎上（Tian et al. 2019. Ecology），本研究聯合歐洲ICP調查數據（Sardans et al. 2021. Nature Ecology & Evolution）和植物功能屬性數據庫（TRY-Plant Trait Dataset），構建并升級完成目前全球最大的植物葉片氮磷含量匹配數據庫，包含36,413 組記錄，每組記錄匹配 45 個環境變量，共覆蓋全球 7,549 個研究站點，涉及3,700 個物種。在此基礎上，同時利用傳統線性模型（Linear Models，LMs）和新型機器學習方法中的隨機森林（Random Forest，RF），對比二者在分解環境因素和進化歷史對葉片氮磷計量關系宏觀格局的解釋率方面的差異。結果發現，葉片氮磷計量特征的種內變異與種間變異一樣重要，沿環境梯度的種內可塑性因物種而異，總體上氮磷比可塑性最高，而葉氮含量可塑性最低。環境變量分別解釋了葉氮、磷濃度及其比值變化的 29%、31% 和 22%，隨機森林模型確定了環境變量對種內變異的影響，而廣泛使用的線性混合模型很大程度上忽略了這些影響。
該研究表明，環境因素對驅動物種內葉片氮磷計量關系的可塑性具有不可忽略的影響，對生物地球化學生態位假說（Biogeochemical Niche Hypothesis）以及物種分布在塑造葉片氮磷計量全球格局的主導作用提出了挑戰。
瑞士伯爾尼大學Benjamin Stocker教授為本文的共同通訊作者。本研究得到了中國科學院植物研究所嚴正兵研究員、瑞士蘇黎世大學Bernhard Schmid教授、德國馬普研究所Jens Kattge研究員和北京大學方精云院士的重要貢獻，并得到“十四五”重點研發青年科學家項目（No. 2022YFD2201600）、國家自然科學基金（32271680，31800397，31901086）等項目的支持。田地也得到Swiss Government Excellence Scholarship，中國科協第七屆青年人才托舉工程項目和北京林業大學“5?5工程”創新團隊和青年拔尖人才計劃的支持。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49665-4
