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A plant–microbe interaction framework explaining nutrient effects on primary production

营养物 生态系统 氮气 生态化学计量学 营养循环 环境科学 限制 陆地生态系统 丰度(生态学) 生态学 农学 生物 化学 有机化学 工程类 机械工程
作者
Petr Čapek,Stefano Manzoni,Eva Kaštovská,Birgit Wild,Kateřina Diáková,Jiří Bárta,Jörg Schnecker,Christina Biasi,Pertti J. Martikainen,Ricardo Eloy Alves,Georg Guggenberger,Norman Gentsch,Gustaf Hugelius,Juri Palmtag,Robert Mikutta,Olga Shibistova,Tim Urich,Christa Schleper,Andreas Richter,Hana Šantrůčková
出处
期刊:Nature Ecology and Evolution [Nature Portfolio]
卷期号:2 (10): 1588-1596 被引量:126
标识
DOI:10.1038/s41559-018-0662-8
摘要

In most terrestrial ecosystems, plant growth is limited by nitrogen and phosphorus. Adding either nutrient to soil usually affects primary production, but their effects can be positive or negative. Here we provide a general stoichiometric framework for interpreting these contrasting effects. First, we identify nitrogen and phosphorus limitations on plants and soil microorganisms using their respective nitrogen to phosphorus critical ratios. Second, we use these ratios to show how soil microorganisms mediate the response of primary production to limiting and non-limiting nutrient addition along a wide gradient of soil nutrient availability. Using a meta-analysis of 51 factorial nitrogen–phosphorus fertilization experiments conducted across multiple ecosystems, we demonstrate that the response of primary production to nitrogen and phosphorus additions is accurately predicted by our stoichiometric framework. The only pattern that could not be predicted by our original framework suggests that nitrogen has not only a structural function in growing organisms, but also a key role in promoting plant and microbial nutrient acquisition. We conclude that this stoichiometric framework offers the most parsimonious way to interpret contrasting and, until now, unresolved responses of primary production to nutrient addition in terrestrial ecosystems. A stoichiometric framework predicts the contrasting results of nutrient effects on primary production, with predicted responses supported by a meta-analysis of N–P fertilization experiments.
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