大型田间实验表明，即使在土壤营养不良的情况下，热带森林也会调整策略以茁壮成长

热带森林在其木材和土壤中储存了世界上三分之一的碳。然而，它们作为碳汇的未来一直是不确定的。长期以来，科学家们一直在想，营养不良的热带土壤是否会限制成熟和恢复中的森林茁壮成长的能力

发表在《新植物学家》上的一项研究提供了一个充满希望的答案，表明森林有灵活的策略来帮助它们克服稀缺营养的挑战

“我们可能不必那么担心，”资深作者、卡里生态系统研究所热带森林生态学家Sarah Batterman总结道。“由于这些灵活的策略，即使在营养受限的情况下，树木未来也可能支持碳汇。我们的研究结果支持了热带重新造林和保护完整森林作为长期气候解决方案的潜力。”

一项前所未有的实验

大气中二氧化碳水平的上升可以通过使光合作用更容易来促进热带森林的生长。然而，科学家们担心某些营养物质的稀缺性；特别是磷；将限制森林生长，缩小潜在的碳汇。由于风化作用，热带地区的土壤通常磷含量较低，干扰率的增加以及二氧化碳水平的攀升预计将使土壤养分更加稀缺

在同类最大的实验中，该团队研究了不同年龄的森林如何调整两种用于获取磷的营养获取策略：一种策略依赖于一些树木根系分泌的一种名为磷酸酶的酶，另一种策略利用菌根真菌。这些真菌生活在土壤中，可以与树木合作追踪并释放土壤中的营养物质。这两种策略都会给树木带来巨大的碳和氮成本

由前卡里研究所博士后、现任耶鲁大学助理教授Michelle Wong领导的科学家们想了解不同年龄的森林如何根据土壤中氮和磷水平的变化调整获取营养的策略

Wong说：“虽然地下过程对生态系统功能非常重要，但与地上过程相比，人们对其了解甚少，因为它们更难研究。”

现场试验位于巴拿马的低地热带潮湿森林中，覆盖了广阔的区域。它的76块地块分布在16平方公里的山区，包括森林地区，从最近废弃的牧场到有600年历史的成熟林分。当一些地块被单独留下时，另一些地块被施用氮、磷或两者兼施

在一年的时间里，该团队测量了地块中磷酸酶和菌根真菌的活性，以确定这两种策略的灵活性，以及森林在老化和营养限制变化时对策略的投资是否不同

Wong说，解决气候难题

不同年龄的森林对营养物质添加的反应不同，这表明“树木对营养环境的反应是积极的”

在较年轻的森林中，氮往往是最受限制的营养素，添加磷不会改变磷酸酶活性，但添加氮会改变。有了足够的氮，树木就可以投资于获取更多磷的策略

在较老的森林中，磷酸酶活性因施磷而增加，这意味着氮限制随着森林的成熟而消失，然后变得磷限制。Batterman在之前的工作中发现了幼林中氮限制的趋势，这种趋势会随着时间的推移而减少。

磷酸酶被证明是一种高度灵活的营养获取策略，在每个森林年龄段内，对氮的反应增加一半，对磷的反应减少一半。相比之下，菌根定殖反应的一致性和可预测性较差

虽然结果令人鼓舞，但巴特曼警告说，“我们仍然不知道这种灵活性是否足以获得森林未来所需的所有营养。”例如，磷酸酶依赖于分解一种磷，这种磷在未来可能会变得更加稀缺，因此其用途可能有限。尽管如此，“至少在一段时间内，可能有缓冲能力来缓解营养限制，”巴特曼说

Wong补充道，调整战略的能力可能意味着森林“在一个碳含量越来越高的世界里，能够从土地使用的变化中恢复过来或保持生产力，具有更大的弹性。”

为更明智的重新造林工作提供信息

对于森林管理者和领导重新造林工作的组织来说，这些发现提供了一些实用的建议：“我们在重新造林时需要考虑营养限制，”Batterman说。“一种方法是确保我们使用具有不同磷获取策略的多种树木。我们还应该确保我们使用的树木适应每个地点的磷水平。”

目前，大多数重新造林工作都没有实施这种水平的护理；它更多的是让幼苗迅速进入地下，并使用任何可用的物种。尽管如此，巴特曼对将森林作为一种自然气候解决方案感到乐观

“我们可以立即实施，成本低，而且有很多共同的好处，比如保护流域、增强生物多样性和保护对土著人民很重要的物种。但这需要正确地进行。我们正处于科学可以指导这一过程并确保碳在未来很长一段时间内都存在的阶段。”