Science Advances | 中山大学梁敏霞教授团队揭示土壤磷有效性驱动亚热带森林不同生活史阶段的长时间尺度稳定性
研究背景
生态系统稳定性是维持森林生态功能和生态系统服务持续供给的重要基础。在全球变化背景下，气候变化、养分沉降和人类活动正在持续改变森林群落结构和资源环境，进而影响森林生态系统稳定性。长期以来，大量研究表明，较高的物种多样性通常有助于维持群落生产力稳定。然而，现有研究多集中于草地生态系统或森林中的单一生活史阶段，对于森林中不同生活史阶段——如幼苗和成树——是否具有相同的稳定性维持机制，仍缺乏系统认识。与此同时，土壤养分是影响植物生长、物种共存和群落结构的重要因子。亚热带森林普遍受到磷限制，不同形态的土壤磷可能通过改变物种竞争关系和群落多样性，进一步影响森林群落稳定性。然而，不同形态土壤养分如何调控森林多样性与稳定性，以及这种作用是否会在幼苗和成树阶段发生变化，仍有待深入揭示。针对这一问题，研究团队依托“广东黑石顶森林生态系统教育部野外科学观测研究站”，以黑石顶50公顷森林动态监测样地及幼苗监测样方为研究平台，整合长期幼苗与成树生长动态监测数据，并开展土壤养分高空间分辨率采样与空间制图，系统揭示了不同形态土壤养分影响森林群落长时间尺度稳定性的生态机制。
主要发现
研究发现，树木在幼苗阶段和成树阶段均表现出显著的正“多样性—稳定性”关系（图1），即物种多样性越高，群落时间稳定性越强。但不同生活史阶段的关键驱动因子并不相同。在幼苗阶段，群落稳定性主要由物种丰富度驱动。较高的幼苗物种丰富度能够增强种群稳定性和物种异步性，从而提高幼苗群落稳定性。而在成树阶段，群落稳定性更多地受物种均匀度影响。也就是说，在成年森林群落中，并非单纯物种数越多越稳定，而是群落中不同物种的相对丰度越均衡，越有利于维持长期稳定性。这一结果强调，在自然森林中，物种丰富度和物种均匀度对稳定性的作用具有明显的生活史阶段差异。
图1. 不同生活史阶段森林多样性与群落稳定性的关系
进一步分析发现，相比于土壤氮，不同形态磷对森林多样性和稳定性的影响更加突出（图2）。其中，无机磷在幼苗阶段表现出明显的促进作用：较高的土壤无机磷与更高的幼苗物种多样性、种群稳定性、物种异步性和群落稳定性相关。然而，无机磷在成树阶段的作用方向发生转变。较高的无机磷降低了成树群落的物种异步性和稳定性，说明资源限制的缓解可能削弱不同树种之间的补偿动态，从而降低成树群落的长期稳定性。与无机磷不同，土壤有机磷在幼苗和成树阶段均表现出负面影响。较高的有机磷与较低的物种多样性和较弱的群落稳定性相关，说明不同磷形态对森林群落稳定性的影响不能简单等同。
图2.不同形态土壤养分对不同生活史阶段群落多样性与稳定性的效应
结构方程模型进一步揭示了不同形态土壤养分影响森林群落稳定性的路径（图3）。结果表明，在幼苗阶段，土壤无机磷通过提高物种丰富度、种群稳定性和物种异步性，进一步增强群落稳定性；而土壤有机磷和有机氮则主要通过降低物种丰富度，削弱幼苗群落稳定性。在成树阶段，土壤无机磷的作用方向发生转变，主要通过降低种群稳定性和物种异步性，从而削弱成树群落稳定性。土壤有机磷则通过降低物种均匀度和种群稳定性，对成树群落稳定性产生负面影响。相比之下，不同形态土壤氮对群落稳定性的影响整体较弱。总体来看，土壤磷有效性是调控亚热带森林群落稳定性的关键因素，但其作用并非简单一致，而是取决于磷的具体形态以及树木所处的生活史阶段。
图3. 结构方程模型揭示土壤养分影响不同生活史阶段森林稳定性的路径
综上，本研究揭示了土壤磷有效性调控亚热带森林群落稳定性的关键作用及其生活史阶段差异，强调了在森林管理与保护中同时考虑树木生活史阶段和土壤磷形态的重要性。该研究以“Soil phosphorus availability drives decade-scale stability across life stages in a subtropical forest”为题于2026年4月在线发表于Science Advances （全文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aec5351）。中山大学生态学院2023级博士生冯赣鑫为论文的第一作者，中山大学生态学院梁敏霞教授为论文的通讯作者。中山大学生态学院博士后戴冬、中国科学院华南植物园郑毅博士、英国兰卡斯特大学(Lancaster University) David Johnson教授、英国阿伯丁大学(University of Aberdeen) David F. R. P. Burslem教授、中山大学生命科学学院余世孝教授、中山大学生态学院刘徐兵教授等参与了该项研究。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、深圳市科技创新委员会项目和教育部基础学科与交叉学科突破先导计划等项目的资助。
