植被原生演替机制是生态学的核心科学问题。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。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针对贡嘎山冰川退缩区植被原生演替序列冬瓜杨替代沙棘的过程展开研究，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，尽管土壤有效养分随着演替的进行逐渐升高，但沙棘在三个演替阶段均主要通过“活化”（mining）和固氮策略捕获难利用态养分，而冬瓜杨主要通过细根和菌根等“拓展”（scavenging）策略来捕获有效态养分。随着土壤中有效态养分含量的增加，沙棘NAS的效率逐渐降低，而冬瓜杨NAS的效率则逐渐升高，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则显著高于沙棘。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mining和固氮策略可分别进一步解释上述模型残差的35%和39%。这些数据定量揭示了植物NAS效率随土壤养分状况的变化是驱动物种替代的关键因素。
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。该研究由成都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、广岛大学等合作完成，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。
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