【专家视角】贵州大学/中科院地球化学研究所Nature Communications｜硅酸盐化...

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（来源：生态修复网）

全球变化正加速硅酸盐岩石的化学风化过程，并伴随磷的释放。然而，这种磷释放对全球植被生长磷限制格局的影响尚不明确。本研究通过整合野外观测数据、水文化学资料、叶片氮磷再吸收效率数据库、CMIP6气候模型数据及多组净初级生产力产品，系统分析了1950年至2100年全球硅酸盐岩石区域的磷释放通量及其对磷限制的调控作用。结果表明，当前约47%的硅酸盐岩石暴露区域存在植被生长的磷限制，且未来在气候变暖情景下将进一步扩张。然而，硅酸盐化学风化释放的磷可部分缓解这一限制，其相对贡献约为15.5%。研究强调了硅酸盐风化在调节全球磷循环与植被生产力中的关键作用，为磷管理策略提供了科学依据。

1 科学问题

全球变化背景下，硅酸盐化学风化释放的磷如何影响植被生长的磷限制空间格局与动态变化？

未来气候情景下，磷限制的演变趋势及其驱动机制是什么？

硅酸盐风化释放的磷在缓解磷限制中的具体贡献程度如何？

2 研究方案

数据整合：收集全球河流溶解SiO₂浓度站点数据（12,409个）、叶片氮磷再吸收效率数据（171个样本）、CMIP6气候与水文数据、多源净初级生产力数据（包括IBIS、BEPS、GLASS与MODIS产品）等。

模型构建：

使用随机森林等六种机器学习模型模拟1950–2100年全球溶解SiO₂通量，并通过均方根误差、平均绝对误差与决定系数评估模型精度。

基于化学风化阳离子通量、溶解SiO₂通量及不同硅酸盐岩石类型的平均磷含量比例，构建磷释放通量模型，估算空间显式磷释放通量。

采用叶片氮磷再吸收效率比率作为磷限制指标，结合随机森林算法模拟全球氮磷限制动态格局。

贡献量化：通过最优指纹分析方法，识别不同环境因子（如温度、降水、径流、磷释放通量等）对磷限制变化的相对贡献。

趋势分析：利用Theil-Sen中值趋势分析与Mann-Kendall检验，评估磷释放通量与磷限制格局的时空变化趋势。

3 结论

磷释放通量特征：当前时期（1950–2014），全球硅酸盐岩石暴露区域的平均磷释放通量为11.02 ± 2.83 千克磷每平方公里每年，总通量为0.72 ± 0.19 太克磷每年，约占2022年全球磷肥总用量的6%。磷释放高值区集中于赤道附近（15°N–15°S）及中高纬度湿润半湿润地区。

磷限制现状与未来趋势：当前约47%的硅酸盐区域受磷限制，35%为氮限制，18%为氮磷共同限制。在SSP2-4.5与SSP5-8.5情景下，磷限制区域比例预计将分别上升至54%与59%，并向高纬度扩张。

磷释放的缓解作用：硅酸盐风化释放的磷对缓解磷限制的相对贡献约为15.5%，在63%的硅酸盐区域中显著降低了磷限制水平。径流与磷释放通量是对磷限制变化影响最显著的环境因子。

不足与展望：

未涵盖人为磷输入（如磷肥施用、生物质燃烧）对磷循环的影响，限制了结果在农业与城市区域的适用性。

热带地区基岩磷含量较低可能限制实际磷释放，且长期风化导致的土壤磷耗竭效应未充分评估。

模型中未完全排除微量碳酸盐矿物风化对磷释放通量的干扰（可能高估约42.72%），且未考虑人为溶质（如道路融雪剂）的影响。

未来需加强实地观测，优化磷释放与限制模型，并综合评估其他风化释放元素（如重金属）对生态系统的潜在影响。

文章来源：生态环境科学

(生态修复网)