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氮沉降增加是全球變化背景下影響陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的重要驅(qū)動(dòng)力之一，已被證實(shí)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(guān)鍵組成部分的地下生物群落，其對(duì)長期氮富集的響應(yīng)過程及其與地上植物群落之間的協(xié)同或解耦關(guān)系，仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

中國科學(xué)院植物研究所北方草地生態(tài)學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究團(tuán)隊(duì)依托內(nèi)蒙古典型草甸草原連續(xù)10年的氮添加控制實(shí)驗(yàn)，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(yīng)及群落構(gòu)建機(jī)制，揭示了草地地上與地下生物多樣性對(duì)氮富集的顯著不同步響應(yīng)模式。

研究發(fā)現(xiàn)，隨著氮添加水平和實(shí)驗(yàn)?zāi)晗薜脑黾樱参镂锓N多樣性持續(xù)下降且呈明顯的時(shí)間累積效應(yīng)，這種下降主要由物種快速喪失驅(qū)動(dòng)，尤以雜類草最為敏感。相較之下，土壤線蟲多樣性對(duì)氮富集表現(xiàn)出閾值型響應(yīng)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(yīng)模式并未隨實(shí)驗(yàn)?zāi)晗揎@著加劇。進(jìn)一步分析表明，植物群落多樣性下降主要源于氮富集強(qiáng)化了優(yōu)勢(shì)種的競爭排他作用，導(dǎo)致群落優(yōu)勢(shì)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(bǔ)償性替代維持了整體多樣性的相對(duì)穩(wěn)定，表現(xiàn)出更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)重組能力和時(shí)間尺度上的韌性。不同營養(yǎng)級(jí)線蟲類群對(duì)氮富集的敏感性存在顯著差異，其中食細(xì)菌線蟲和捕食–雜食性線蟲受負(fù)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(dòng)物群落在多樣性變化機(jī)制上的根本差異，表明僅基于地上植被響應(yīng)可能低估或誤判氮沉降對(duì)生態(tài)系統(tǒng)整體生物多樣性的影響。相關(guān)結(jié)果強(qiáng)調(diào)，在評(píng)估全球變化驅(qū)動(dòng)下生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能演變時(shí)，有必要同時(shí)納入地上與地下多營養(yǎng)級(jí)生物群落的響應(yīng)過程。

該研究成果于2月17日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)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(xué)、中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所、荷蘭生態(tài)研究所、西班牙加迪斯大學(xué)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(xué)基金、華能集團(tuán)總部科技項(xiàng)目等的資助。

氮誘導(dǎo)地上地下生物多樣性隨時(shí)間變化示意圖