植被原生演替是陆地生态系统从无到有的形成过程。揭示植被原生演替的发生机制不仅是生态学的基础核心科学问题，而且可为受损生态系统的修复提供科学依据。原生演替过程中，植物物种组成和土壤养分协同变化。植物养分捕获策略（nutrient-acquisition strategies, NAS）是连接土壤养分和植物生长的关键性状，对演替过程具有重要驱动作用，但其中的机理一直未被揭示。基于四川贡嘎山森林生态系统国家野外科学观测研究站，中国科学院成都山地研究所山地养分循环与生态功能提升团队对贡嘎山海螺沟冰川退缩区植被原生演替序列冬瓜杨（Populus purdomii，杨柳科）替代沙棘（Hippophae tibetana，胡颓子科）的过程开展研究，揭示了植物NAS对原生演替过程中物种更替的关键驱动机制。

研究发现，沙棘主要通过“活化”（mining，即释放质子、羧化物和磷酸酶）和放线菌共生固氮等策略获取难利用态养分，而冬瓜杨则主要通过“拓展”策略（scavenging，即发育细根和菌根真菌菌丝）获取生物有效态养分（图1a）。演替第一阶段，土壤中的生物有效磷和有效氮含量均低于检测限，沙棘的“活化”和固氮策略可高效捕获难利用态养分，而冬瓜杨“拓展”（scavenging）策略捕获有效态养分的效率极低，导致沙棘相对丰度和叶片营养水平均显著高于冬瓜杨。随着土壤中有效态养分的增加，沙棘“活化”和固氮策略的效率逐渐降低，而冬瓜杨“拓展”策略的效率则逐渐升高（图1b）。沙棘和冬瓜杨NAS效率随土壤养分状况相反的变化趋势，导致沙棘的营养状况和相对丰度随演替逐渐降低，到演替第三阶段，冬瓜杨的叶片养分状况和相对丰度显著高于沙棘（图2）。叶片氮和磷浓度分别解释了沙棘和冬瓜杨相对丰度13%和31%的变化，而植物的“活化”和固氮策略可分别进一步解释上述模型残差的35%和39%（图1c-f）。此外，原生矿物磷（磷灰石）溶解培养实验、土壤微生物氮磷循环功能基因丰度和土壤酶活性的结果表明，两种植物根区土壤微生物对氮矿化和原生矿物磷溶解作用无显著差异，表明两种植物的养分捕获策略是导致根际土壤养分“活化”的主要原因，展示了植物养分捕获策略影响植物养分吸收和竞争能力的主要因素。

综上所述，上述数据定量展示了植物NAS效率随土壤养分状况的变化是物种替代的关键驱动因素（图2）。本研究的结果不仅为理解植被原生演替机制提供了新视角，深化了对植物-土壤系统协同演变规律的认识，而且为生态修复工程中物种优化配置和土壤养分管理提供科学依据。该研究由山地所与中国科学院西北生态环境资源研究院、四川大学、厦门大学、西澳大学和广岛大学等单位合作完成，得到国家自然科学基金和成都山地所自主部署项目的资助。相关成果以“Plant nutrient-acquisition strategies contribute to species replacement during primary succession”为题发表于国际期刊Journal of Ecology。

全文链接：https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2745.70017

图1 贡嘎山海螺沟冰川退缩区沙棘（Hippophae tibetana，胡颓子科）和冬瓜杨（Populus purdomii，杨柳科）养分捕获策略的差异及其对植物叶片营养水平的影响。S1–3分别代表演替的三个阶段。

图2 植物养分捕获策略驱动植被原生演替过程中物种替代的关键机制