文章题目： Global ecosystem thresholds driven by aridity
期刊：Science
发表时间：2020
影响因子：44.7
参考文献：Berdugo M, Delgado-Baquerizo M, Soliveres S, Hernández-Clemente R, Zhao Y, Gaitán JJ, Gross N, Saiz H, Maire V, Lehmann A, Rillig MC, Solé RV, Maestre FT. Global ecosystem thresholds driven by aridity. Science. 2020. 367(6479):787-790. https://doi.org/10.1126/science.aay5958.
1.研究背景
l气候变化导致的日益干旱预计将影响全球旱地的多种生态系统结构和功能属性
l干旱化是否会导致渐进的（而不是突然的）和系统性的（相对于特定）生态系统变化
l由干旱度增加引起的给定属性的变化可能会触发其他依赖于它但在不同的空间或时间尺度上起作用的其他属性的连续变化
l日益干旱可能导致土壤微生物组成的快速变化，这反过来又可能引发植物-微生物相互作用的变化，进而导致养分循环和植物群落组成的变化
2.研究目的
l了解多个生态系统属性对日益干旱的相互关联的响应，改进生态系统对气候变化响应的预测
3.科学问题
l评估多个生态系统结构和功能属性是否对干旱度的增加表现出线性或非线性响应，以及这些响应是否由全球干旱地区存在单个或多个阈值驱动
4.室验方法
l汇编了 >50,000 个数据点，这些数据点跨越多个生物组织层次（从个体到生态系统）和全球数据集，包括标准化实验室测量、实地调查、地图插值和遥感信息
l评估了 20 个功能和结构生态系统属性，包括物理 （例如，反照率、土壤质地、降水变异性）、生物 （例如，植物覆盖率、丰富度、功能性状、微生物群落） 和化学 （例如，土壤有机碳、叶片氮） 变量
5.结果与讨论
l叶子对干旱的适应可能会损害原始植物的光合作用和生产力，导致这些关键生态系统属性在干旱水平上急剧下降
l随着干旱度的持续增加，确定了一个“土壤破坏”阶段，其特征是在干旱水平 >0.7 下多个生态系统结构和功能属性发生变化。这些变化包括土壤变量的突然下降，如有机碳（土壤肥力的关键决定因素）、总氮和粘土含量、团聚体的稳定性以及真菌官能团的相对丰度
l观察到的土壤养分减少可能与土壤中植物来源的有机输入减少有关，这是由于在植被下降阶段观察到的植物生产力降低以及在干旱 ~0.65 时叶片氮含量急剧降低所驱动的。植物冠层（关于裸露土壤区域）对土壤有机碳的积极影响急剧下降和腐生真菌相对丰度的减少进一步支持了这一观点，这些真菌是旱地形成“肥力岛”的关键驱动因素
l植物输入到土壤中的碳输入的数量和质量的净减少可能是由于在日益干旱的条件下保持碳的正增益所需的过高成本的结果
l检测到了一个“生态系统崩溃”阶段，其特征是植物覆盖率的极度减少和反照率的指数级增加，超过了 0.8 的干旱值。一旦超过这个干旱水平，大多数植物物种就无法在水分和养分短缺的情况下生存
图 1 随着干旱程度的增加，全球干旱地区的突然反应序列
顶部：确定的 21 个干旱阈值的值及其自举置信区间。每种颜色标识一组不与其他颜色重叠的同质变量，并定义突然变化的阶段。CV，变异系数；SOC，土壤有机碳；NDVI，归一化差异植被指数。下图：与本研究中确定的三个阶段的交叉相关的生态系统变化的示意图。第一个阈值与植被生产力和光合活动的衰减有关，发生在超过~0.54的干旱水平时。在~0.7 的干旱水平下，观察到土壤肥力、植物氮含量和生物（植物-土壤、植物-植物）相互作用急剧下降，以及植物和土壤微生物群落的组成发生剧烈变化。最后，在~0.8的干旱水平上检测到植物覆盖率的急剧减少、土壤反照率的增加以及叶片性状向避免胁迫方向的转变
