草原蘊(yùn)含豐富的生物多樣性資源，為人類提供了多種生態(tài)服務(wù)功能。然而，人類活動導(dǎo)致的氮富集深刻改變著草原的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能。以往關(guān)于氮富集對多樣性影響的研究主要集中在植物多樣性的變化，對生態(tài)系統(tǒng)功能影響的研究則聚焦于植物生產(chǎn)力的響應(yīng)。關(guān)于其它生物類群(如細(xì)菌、真菌、原生生物和無脊椎動物)多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能(如生態(tài)系統(tǒng)碳吸收、土壤有機(jī)質(zhì)分解和植物–微生物互作)對氮富集的響應(yīng)軌跡、閾值和驅(qū)動機(jī)制，仍缺乏系統(tǒng)性認(rèn)知。

針對上述問題，中國科學(xué)院植物研究所潘慶民研究團(tuán)隊(duì)基于內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原長期氮添加控制實(shí)驗(yàn)，揭示了草原多營養(yǎng)級生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能對氮富集的響應(yīng)軌跡、閾值和機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，盡管氮富集導(dǎo)致植物和土壤生物類群(土壤細(xì)菌、真菌、原生生物和無脊椎動物)的多樣性下降，但其響應(yīng)軌跡、閾值和驅(qū)動機(jī)制均存在差異。隨著氮素添加量的增加，植物多樣性表現(xiàn)為“先降低后趨平”的響應(yīng)軌跡，而土壤各生物類群多樣性均表現(xiàn)為“先不變后降低”;因此，植物多樣性開始降低的氮素閾值顯著低于土壤的4個生物類群。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)分富集導(dǎo)致的地上光競爭加劇是植物多樣性降低的主要原因，而土壤酸化是導(dǎo)致土壤生物多樣性降低的主要因素，且不同營養(yǎng)級生物類群之間存在明顯的級聯(lián)效應(yīng)。從氮富集對生態(tài)系統(tǒng)多項(xiàng)功能的影響看，植物生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)碳吸收表現(xiàn)為“先增加后趨平”，植物–微生物互惠關(guān)系表現(xiàn)為“先降低后趨平”，而有機(jī)質(zhì)分解表現(xiàn)為“先趨平后增加”，其對應(yīng)的氮素閾值以及驅(qū)動機(jī)制也不相同。研究人員進(jìn)一步通過全球92個氮素添加實(shí)驗(yàn)的Meta分析驗(yàn)證了這些結(jié)果的普適性。上述結(jié)果有助于加深關(guān)于全球氮富集對草原生態(tài)系統(tǒng)影響及機(jī)制的理解，也為草原生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分管理提供了依據(jù)。

該成果于12月10日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Communications Biology。植物所特別研究助理?xiàng)铌柡鸵旬厴I(yè)博士生李陽為論文共同第一作者，潘慶民研究員與韓興國研究員為共同通訊作者。植物所劉偉副研究員、孫佳美副研究員、王璟助理研究員和中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所王正文研究員參與了該項(xiàng)工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

氮富集影響植物和土壤生物多樣性的途徑與強(qiáng)度