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植物所北方草地生態(tài)學與可持續(xù)發(fā)展研究團隊揭示長期氮富集導致草地地上與地下生物多樣性響應不同步機制
氮沉降增加是全球變化背景下影響陸地生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的重要驅動力之一，已被證實可顯著改變植物群落組成并威脅生物多樣性。然而，作為草地生態(tài)系統(tǒng)關鍵組成部分的地下生物群落，其對長期氮富集的響應過程及其與地上植物群落之間的協(xié)同或解耦關系，仍缺乏系統(tǒng)認識。
中國科學院植物研究所北方草地生態(tài)學與可持續(xù)發(fā)展研究團隊依托內(nèi)蒙古典型草甸草原連續(xù)10年的氮添加控制實驗，系統(tǒng)比較了植物群落與土壤線蟲群落在長期氮富集條件下的多樣性變化、功能群響應及群落構建機制，揭示了草地地上與地下生物多樣性對氮富集的顯著不同步響應模式。
研究發(fā)現(xiàn)，隨著氮添加水平和實驗年限的增加，植物物種多樣性持續(xù)下降且呈明顯的時間累積效應，這種下降主要由物種快速喪失驅動，尤以雜類草最為敏感。相較之下，土壤線蟲多樣性對氮富集表現(xiàn)出閾值型響應特征：在較低氮添加水平下多樣性迅速下降，但在更高氮水平下趨于穩(wěn)定，且該響應模式并未隨實驗年限顯著加劇。進一步分析表明，植物群落多樣性下降主要源于氮富集強化了優(yōu)勢種的競爭排他作用，導致群落優(yōu)勢度持續(xù)升高;而線蟲群落則通過不同屬和不同營養(yǎng)功能類群之間的補償性替代維持了整體多樣性的相對穩(wěn)定，表現(xiàn)出更強的結構重組能力和時間尺度上的韌性。不同營養(yǎng)級線蟲類群對氮富集的敏感性存在顯著差異，其中食細菌線蟲和捕食–雜食性線蟲受負面影響最為明顯。
該研究從地上–地下耦合視角出發(fā)，揭示了長期氮富集條件下草地生態(tài)系統(tǒng)中植物與土壤動物群落在多樣性變化機制上的根本差異，表明僅基于地上植被響應可能低估或誤判氮沉降對生態(tài)系統(tǒng)整體生物多樣性的影響。相關結果強調(diào)，在評估全球變化驅動下生態(tài)系統(tǒng)結構與功能演變時，有必要同時納入地上與地下多營養(yǎng)級生物群落的響應過程。
該研究成果于2月17日發(fā)表在國際學術期刊Ecological Applications。植物所已畢業(yè)博士研究生呂若菲為論文第一作者，魏存爭副研究員為通訊作者。河北大學、中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所、荷蘭生態(tài)研究所、西班牙加迪斯大學等單位的科研人員參與了本研究。研究工作得到國家自然科學基金、華能集團總部科技項目等的資助。
氮誘導地上地下生物多樣性隨時間變化示意圖
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