科学通报 | 福建师范大学吴福忠教授团队揭示全球植物叶片磷重吸收效率的功能分化与环境约束机制

近日，福建师范大学地理科学学院吴福忠教授团队在《科学通报》发表了题为“全球植物叶片磷重吸收效率和策略的功能分化与环境约束”的研究论文，系统揭示了全球不同功能群植物叶片磷重吸收效率（phosphorus resorption efficiency, PRE）的功能分化规律及其对环境磷限制的响应机制。研究发现，植物叶片磷重吸收效率的功能群分化具有强烈的内禀约束性和环境依赖性——在资源充足的环境中，叶片磷回收策略的多样性与功能分化更为显著；而在资源约束条件下，植物叶片磷重吸收策略趋于保守化和趋同性。该研究为全球广泛存在的磷限制地区植物养分利用适应性机制提供了重要理论依据。

研究背景

全球中低纬度地区普遍存在土壤磷限制，是制约陆地植被生产力的重要环境因子。磷是生物化学合成核糖核苷酸、蛋白质等多种代谢物的前体，但土壤磷主要由岩石风化而非生物合成，导致大多数陆地生态系统生产力受到磷限制。在衰老叶片凋落前，植物通常会将磷重吸收并转移至新鲜叶片等器官，通过这一机制直接再利用养分，减少对土壤养分可用性的依赖，并降低与其他植物和微生物竞争的压力，尤其在养分匮乏的环境中，因此被视为一种极为重要的养分保护策略。全球尺度研究表明，叶片磷重吸收能满足植物近40%的磷需求，对理解植物适应性和生态系统养分循环具有重要意义。

然而，学界对叶片磷重吸收效率的调控机制尚存诸多争议：磷重吸收效率主要受新鲜叶片磷含量限制还是受土壤磷含量约束仍不清楚；这种耦合关系在受磷限制程度不同的地区之间是否表现出不同的适应性策略也不清楚；常绿与落叶、丛枝菌根与外生菌根等不同功能群植物的磷重吸收效率差异及环境依赖性未有统一结论。因此，亟需通过比较不同磷限制地区、不同生活型的植物来分析调控叶片磷重吸收效率的关键因子。

为此，研究以中国热带、亚热带92种常见树种为局域研究对象，整合107篇文献构建全球数据集，按生活型、菌根类型划分植物功能群，依据氮磷重吸收效率比值划分不同磷限制区域，探究叶片磷重吸收效率的功能分化特征，及其与新鲜叶片磷含量、土壤磷含量的耦合关系与环境约束机制。

研究成果

研究发现，植物叶片磷重吸收效率系统发育信号较弱，且未表现出随磷限制程度增加而升高的趋势。不同功能群树种叶片磷重吸收效率的差异仅存在于非磷限制地区，而在低磷和高磷限制地区均无显著差异，说明基于氮和磷重吸收效率相对变化得出的磷限制本身不能解释叶片磷重吸收效率的变化（图1）。常绿与落叶树种、丛枝菌根与外生菌根树种叶片磷重吸收效率的差异仅在新鲜叶片和土壤磷含量较高时显著，而在低磷土壤环境中无显著差异（图2，3）。

图1叶片磷重吸收效率的不同磷限制程度地区的差异

(a) 落叶树种(DE)与常绿树种(EV). (b) 丛枝菌根树种(AM)与外生菌根树种(EcM). HP(深灰色部分)表示受磷限制程度较高地区, LP(浅灰色部分)表示受磷限制程度较低地区, NP(白色部分)表示不受磷限制地区. (c) 中国热带和亚热带地区叶片磷重吸收效率.

图2叶片磷重吸收效率在不同新鲜叶片磷含量植物之间的差异

(a) 落叶树种(DE)与常绿树种(EV). (b) 丛枝菌根树种(AM)与外生菌根树种(EcM). HL(深灰色部分)表示植物新鲜叶片磷含量高组的数据, LL(浅灰色部分)表示植物新鲜叶片磷含量低组的数据.

图3叶片磷重吸收效率在不同土壤磷含量植物之间的差异

(a) 落叶树种(DE)与常绿树种(EV). (b) 丛枝菌根树种(AM)与外生菌根树种(EcM). HS(深灰色部分)表示土壤磷含量高组的数据, LS(浅灰色部分)表示土壤磷含量低组的数据.

这些结果表明，植物叶片磷重吸收效率的功能群分化具有强烈的内禀约束性和环境依赖性，在资源充足的环境中，叶片磷回收策略的多样性与功能分化更为显著；而在资源约束条件下，植物叶片磷重吸收策略趋于保守化和趋同性。

这一发现揭示了磷匮乏条件下的趋同适应机制，对全球广泛存在的磷限制地区具有重要的生态意义。为理解植物磷利用适应性、指导磷高效农业与生态恢复，以及预测生态系统对磷循环变化的响应提供了重要依据。本研究的发现深化了对植物磷利用适应性策略的理解，为后续探究植物应对磷限制的生态适应机制奠定了基础。

福建师范大学地理学学学院、碳中和未来技术学院倪祥银研究员为本文通讯作者，2022级生态学专业本科生王蓉钧为本文第一作者。本研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目（2023YFF1305500）、国家自然科学基金（32471834、32022056）、福建省攻关青年科学基金（2025J011012）的资助。

文章信息

王蓉钧, 李安迪, 吴福忠, 等. 全球植物叶片磷重吸收效率和策略的功能分化与环境约束. 科学通报, 2026, 71(23): 5688-5700. DOI: 10.1360/CSB-2026-0344.

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