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导读
2024年9月3日，北京大学理论生态学研究组在Journal of Ecology在线发表了题为“Change in functional trait diversity mediates the effects of nutrient addition on grassland stability”的研究论文(点击文末阅读原文查看全文)。本研究基于10个标准化的草地实验分析了营养添加对草地群落性状组成及多维稳定性指标的影响。结果表明，养分添加降低了植物物种丰富度和叶经济谱多样性，并驱使植物群落向着快策略演变。叶经济谱多样性的变化影响了稳定性，但这一间接作用弱于养分添加对稳定性指标的直接作用。论文的第一作者是已出站博士后陈青青(现德国洪堡学者)，王少鹏研究员为通讯作者，合作者包括荷兰乌特勒支大学Yann Hautier、美国明尼苏达大学Elizabeth Borer等20余位学者。
研究背景
在全球变化背景下，生态系统功能和服务的长期维持有赖于其稳定性。对于草地群落而言，富营养化可以直接或通过改变植物多样性间接地影响生态系统稳定性。稳定性和多样性都是多维度概念。草地生态系统的稳定性可定义为其在极端气候的干扰中生物量的变化幅度(抵抗力稳定性)，干扰后生物量的恢复水平(恢复力稳定性)，以及长期的时间稳定性(即变异性的倒数)。植物多样性指标包括了物种多样性和性状多样性，另外性状组成也可能影响群落稳定性。群落性状的组成和多样性通常分别用群落加权平均(CWM)和性状的发散程度来衡量(FD)。用叶性状构建的叶经济谱(LES)可以把植物分为快速和慢速生长策略。快速生长的植物(资源利用型)可以更快的吸收土壤养分，因此生长更快、植物组织更替也更快，面临干扰时可能有更高的恢复力；慢速生长的植物(资源保守型)体现为相反的生长策略，面临干扰时可能有更高的抵抗力。因此一个由快速生长植物占优势的群落可能有更高的恢复力，但抵抗力较低。养分添加可能促使群落中发生快-慢性状的转化(例如快速生长的物种在养分添加下占据更大优势)，从而改变抵抗力和恢复力，进而影响时间稳定性。然而，以往关于全球变化下稳定性维持的研究，往往忽略群落性状组成及其多样性在稳定性相应全球变化中的调控作用。
图1. 养分添加影响物种多样性、群落性状组成和多样性，并直接或间接影响不同多维度的稳定性
研究发现
通过与全球营养网络(Nutrient Network, NutNet)合作，本研究探究了养分添加对群落快-慢性状组成和多样性的影响、以及性状变化如何影响不同维度的稳定性(时间稳定性，对极端干旱和湿润的抵抗力及恢复力)的影响。在NutNet中，有10个站点测量了不同处理下群落中的优势种的叶片性状，包括叶氮、叶碳、叶磷、叶钾、和比叶面积等。基于这些性状，利用主成分分析构建叶经济型谱，并基于这一指标度量群落的平均快-慢性状(CWM)和快-慢性状多样性(FD)。
图2. 养分添加(即氮磷钾添加)直接或通过植物性状多样性间接地影响生态系统稳定性
研究表明，养分添加降低了植物物种丰富度和叶经济谱多样性，并驱使植物群落向着快策略演变。由于叶经济谱多样性与多种稳定性指标相关，因而叶经济谱多样性的变化会介导养分添加对稳定性的间接作用(图2)。然而，与养分添加对稳定性指标的直接作用相比，其通过改变群落性状多样性和组成影响稳定性的间接作用相对较小。为了检验结果的稳健性，基于原始单一叶性状(如叶氮)作了如上的分析。结果发现，养分添加对稳定性有类似如上的直接和间接影响，但主要影响路径和强度存在差异。
主要结论
该研究阐明了养分添加对多种稳定性指标的直接和间接作用，尤其从功能性状角度揭示了群落多样性变化对生态系统稳定性的影响。解析不同维度的多样性与稳定性的维持机制及其关联，有助于更准确地预测全球变化下的生态系统响应。
该研究得到了国家重点研发计划(2022YFF0802103)等项目资助。
第一作者介绍：
陈青青博士现为德国Senckenberg Museum of Natural Sciences, Görlitz博士后，入选洪堡学者，以第一作者在Journal of Ecology, Global Change Biology, Nature Communications等期刊发表论文，主要研究兴趣为营养添加对生态系统功能及稳定性的影响等。
北京大学理论生态学研究组结合理论模型、数据分析与实验等手段，围绕生物多样性与生态系统功能、稳定性、食物网等方向开展研究，试图理解生物多样性的维持机制及其丧失引起的生态效应。
更多详情请见课题组主页：http://scholar.pku.edu.cn/spwang
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