磷是植物生长所必需的重要元素,它参与了植物几乎所有的生理过程,并发挥着至关重要的作用。磷资源短缺和土壤磷限制正在威胁着世界的植物和粮食安全,成为全球关注的热点之一。不同植物对磷的吸收和利用效率存在很大差异,以往针对植物磷的研究主要集中在无机磷和有机磷两部分。最近的研究发现,植物叶片中不同的磷组分不但行使不同的功能,其分配模式和转移及再利用也影响到包括植物光合及代谢等诸多生理过程。因此深入研究植物不同磷组分(无机磷、核酸磷、脂质磷、代谢磷和残渣磷)与土壤养分之间的关系显得尤为必要。本研究以澳大利亚西南部的Jurien Bay不同年代序列(按照成土年限从年轻到古老分别为stage 2,stage 3,stage 4和stage 5,其中stage1在本研究中未涉及)土壤—植被生态系统和中国广西南亚热带人工林生态系统为对象,探究了不同植物的叶片磷组分分配模式对不同年代序列(6500年至200万年)土壤养分响应(土壤全磷全氮及有效磷等)的差异,研究了人工林纯林和混交林中造林树种(马尾松和红锥)不同发育阶段的叶片、林下优势植物(重要值前10的物种)、植物功能群及群落水平的植物叶片磷组分特征及其与林分土壤和植物根际土壤养分(全磷全氮及有效磷等)的关系,主要结果如下:(1)在澳大利亚西南部的Jurien Bay不同年代序列土壤下,Hakea prostrata R.Br.(山龙眼科)和Acacia rostellifera Benth.(豆科)及Melaleuca systena Craven(桃金娘科)3种植物的叶片总氮含量没有差异,但其叶片总磷含量表现出明显不同的变化规律。Acacia rostellifera的叶片总磷含量在不同土壤中保持一致且维持较高水平;M.systena的叶片总磷含量在年轻土壤中较高,且随着土壤年龄的增加叶片总磷含量持续下降,降幅达70%;H.prostrata的叶片总磷含量明显低于前两种植物,并且也随着土壤年龄的增加呈现明显的下降趋势,但与M.systena不完全相同。在不同的土壤条件下,3种植物叶片的磷组分及其分配也存在明显差异。Acacia rostellifera的各磷组分没有显著变化;M.systena的叶片磷组分含量随着土壤年龄的增加呈现出不同的变化规律,在最年轻的土壤中,M.systena将接近40%的叶片磷分配给无机磷,而核酸磷和脂质磷分别约为25%;随着土壤年龄的增加,M.systena分配到无机磷、核酸磷及脂质磷的含量均呈现下降趋势,而代谢磷含量则在所有的土壤年代序列中都保持相对稳定;在最年轻的土壤stage 2中,H.prostrata对核酸磷、代谢磷及残渣磷的分配与M.systena相似。与此同时H.prostrata的脂质磷含量在stage 2很低,只相当于M.systena的1/3和A.rostellifera的1/2。在澳大利亚西南部的Jurien Bay不同年代序列土壤下的3种植物与土壤养分的相关性也存在差异。Melaleuca systena的土壤pH和叶片总磷含量的相关性最高(R~2=0.45);H.prostrata的土壤总磷含量和叶片总磷含量之间的相关性最高(R~2=0.51);而对于A.rostellifera,其叶片总磷含量与土壤指标之间没有较显著的相关性。3种植物的叶片磷含量与土壤总氮之间都没有相关性。随着土壤磷限制的程度加深,山龙眼科植物H.prostrata和桃金娘科植物M.systena对磷的需求逐渐降低,并且能灵活地分配叶片中的无机磷、脂质磷和核酸磷等组分,从而更好地适应环境胁迫。但与此同时,豆科植物A.rostellifera对磷的需求始终维持在较高的水平,缺乏灵活分配磷组分的能力,这可能是限制其在磷极度缺乏地区分布的重要原因。该结果证明不同植物种对于土壤养分的响应可以在叶片磷组分的分配方式上得到体现,并且不同的磷组分再分配模式反映了植物对于环境的适应能力。(2)中国南亚热带不同造林树种叶片磷组分特征及分配模式存在差异。混交林中马尾松和红锥的总氮含量不随叶片发育阶段而变化,但纯林中的马尾松总氮含量在不同年龄叶片中表现出差异。马尾松的成熟叶总磷含量在纯林和混交林中并无显著差异,但纯林内马尾松的磷回收率显著高于混交林。马尾松和红锥均将最多的叶片磷分配到了脂质磷,但它们在叶片不同发育阶段表现出显著差异;2个林分中马尾松核酸磷含量都随着叶片的衰老而显著下降,而红锥的核酸磷含量不随叶片衰老而变化。马尾松的磷回收率显著高于红锥,马尾松从各个叶片磷组分中全面地回收磷,但红锥对磷的回收主要为脂质磷和代谢磷。红锥叶片远高于马尾松的N:P比值,说明其相比马尾松面临程度更深的磷限制。(3)不同林分林下优势植物、功能群和群落水平的叶片磷组分特征存在差异。草本植物功能群对于氮磷的需求高于其它植物功能群,并且相比之下将更多的叶片磷分配到无机磷和核酸磷库,草本植物的高磷需求可能成为限制其分布的重要原因。2个林分中林下共有的优势植物在叶片磷组分特征上没有显著差异,但是非共有的优势植物在纯林或混交林中表现出磷组分特征的显著差异。蕨类植物的叶片磷与土壤总磷的关系强于其它功能群,但是蕨类叶片磷与土壤有效磷并没有相应的相关性,推测蕨类植物比其它功能群更有效活化并利用Al-P来达到对磷的获取。(4)除了混交林的土壤全氮含量显著高于纯林,纯林和混交林的其它林分土壤养分并未表现出显著差异。林下优势植物根际土壤的养分含量远低于林分土壤,而纯林中根际土壤的有效养分含量高于混交林,草本植物的根际土壤有效养分含量高于灌木和乔木树种。纯林中的马尾松和混交林中的马尾松及红锥在根际土壤有效磷(resin P)的含量上未表现出显著差异,但纯林马尾松根际土壤的Al-P及Fe-P含量都显著高于混交林中马尾松的含量。与之形成鲜明对比的是,马尾松和红锥在两个林分中的根际土壤氮含量都无显著差异。纯林中的马尾松主要利用Al-P,但在混交林中马尾松和红锥对于Al-P、Fe-P及Ca-P均有不同程度的利用。本研究将植物叶片的磷组分按无机磷、脂质磷、核酸磷、代谢磷和残渣磷5个部分进行提取和对比,比较了自然生态系统下不同植物种对磷组分的分配差异及其对土壤养分的响应,同时也比较了人工林生态系统中造林树种和林下植被的叶片磷分配模式及其对养分的响应。本研究证实了叶片的磷组分分配在不同植物中具有显著差异,植物对于叶片磷组分的分配方式与其对环境的适应性密切相关。今后对于磷组分更深入的研究,将为如何提高不同植物尤其是农林经济作物的磷利用效率提供更多的参考价值。