高寒草地地上地下生产力稳定性对氮磷养分添加的不对称响

作者：海北站   更新时间：2023-10-11

  时间稳定性是表征生态系统维持稳定功能的重要指标，了解调节生态系统功能稳定性的机制，对于草地生态系统为人类提供可靠的生物产品和服务至关重要。生产力时间稳定性主要由物种稳定性和物种异步性驱动，且受到植物多样性的调节。大量的研究表明养分添加会通过降低生物多样性来降低群落稳定性，也会通过改变群落中优势功能群的稳定性来影响群落稳定性。然而，以往的研究大多只关注于单一养分添加（如氮添加），且更多的研究只探讨了地上生产力稳定性的响应机制。

  为了明确不同养分添加（氮和磷添加）如何影响地上、地下生产力稳定性，以及地上生产力稳定性的维持机制能否解释地下生产力对养分添加的响应。北京大学贺金生研究团队依托青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站，建立了氮、磷养分添加控制实验平台（2011年-至今），通过7年原位实验研究，探究群落地上、地下（土层0-10、10-20和20-40 cm）生产力稳定性对氮磷添加的响应及植物多样性和不同功能群对地上/地下稳定性响应的调节作用。

  研究发现，(1) 氮添加对地上净初级生产力(ANPP)、地下净初级生产力(BNPP)、总净初级生产力(TNPP)的稳定性均无显著影响；磷添加对地上生产力稳定性无影响，但降低了地下和总净初级生产力稳定性；氮磷添加对地上生产力稳定性有显著交互作用。氮添加显著增强了表层地下生产力的稳定性（0-10 cm），而磷添加显著降低了深层地下生产力的稳定性（20-40 cm），氮磷添加对深层地下生产力稳定性影响存在显著交互作用（图1）。(2) 氮添加降低了群落物种丰富度和种群异步性，不改变种群稳定性（图2）。氮添加降低了禾草功能群稳定性和种群异步性，而磷添加降低了禾草功能群稳定性。此外，氮磷添加对禾草功能群的影响存在显著负交互作用，即在氮磷同时添加处理下，禾草功能群稳定性的下降更多（图3）。(3)氮磷添加通过降低禾草种群异步性降低禾草功能群稳定性，进而降低地上生产力稳定性和深层地下生产力稳定性，地下生产力稳定性主要由表层根系稳定性所驱动，总净初级生产力稳定性的变化主要由地下生产力稳定性所驱动（图4）。总的来说，养分添加通过降低群落中优势功能群（禾草）稳定性来降低地上生产力稳定性，而禾草功能群稳定性的响应对预测地下生产力稳定性的作用很弱。研究表明不能简单通过地上生产力的响应预测富营养化对草地生态系统生产力稳定性的影响，阐明地下生产力稳定性的维持机制仍受原位地下物种水平生产力测定技术的限制。

  研究成果于2023年10月正式发表在《Global Change Biology》。
       原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.16967#

图1 氮磷添加对地上生产力、地下生产力、总净初级生产力稳定性的影响

图3 氮磷添加对禾草功能群稳定性、同步性、种群稳定性、禾草生产力均值及标准差和种群标准差的影响

图4 氮磷添加对地上、地下、总净初级生产力影响的路径分析