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文章摘要
许多陆地植物群落，尤其是森林，已被证明对快速气候变化的反应滞后。草原群落可能对新气候的反应更快，因为它们主要由短命物种组成，直接受到宏观气候变化的影响。
本文研究了加州植物区系草原群落对气候变化的快速反应。从 829,337个发生记录中估计了349 种维管植物的气候生态位，从12项观察性研究和3项全球变化实验中汇编了15 个长期群落组成数据集，并分析了气候生态位空间中的群落组成变化。研究发现，群落经历了向与较温暖和较干燥地区相关的物种显著转变，速率为 0.0216 ± 0.00592 ℃yr-1（平均值±s.e.）和 -3.04 ± 0.742 mm yr-1，这些变化发生的速度与气候变暖和干燥的速度相似。这些方向性转变在观察和实验中是一致的。
研究结果与在以长寿植物为主的群落中观察到的滞后反应形成鲜明对比，表明在不久的将来，生物多样性的变化将比预期的更大。
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研究方法
气候变化将重塑物种分布，影响生物多样性和生态系统功能。虽然全球变暖迅速，但陆地植物物种反应迟缓，导致物种灭绝延迟和群落重组。现有共识多基于森林系统数据，其他系统如草原响应变化的研究较少。鉴于草原生态系统以寿命较短的物种为主，且易受恶劣气候影响，其对气候变化的响应可能更快。了解这些快速变化对于预测气候变化的影响至关重要。
然而，关于草原群落变化速度的研究有限。观察与实验研究结果不一，如长期观测显示在变暖和干旱条件下，草类增多而草本植物减少，但实验结果并不一致。要准确评估草原群落如何应对气候变化仍需长期记录和深入分析。
为检验草原群落是否对气候变化做出快速一致反应，在加州植物区系省（California Floristic Province，CFP）收集长期观测与实验数据。CFP包含多种地理、气候条件，拥有5000余种本地维管植物，特有率超30%，但面临外来物种入侵威胁。整理了12个长期观测点的数据，结合829,337条社区科学项目记录和30年的气候资料，估算349个物种的气候生态位。通过群落温度指数（community temperature index ，CTI）和群落降水指数（ community precipitation index ，CPI）的变化来衡量群落组成变化，并将其与气候变化对比。
还在CFP内三个长期气候变化实验中应用相同方法，评估气候操控对群落组成的影响，并分析单个物种丰度变化。鉴于CFP显著变暖干燥，推测CFP草原群落会转向适应更温暖干燥环境的物种，且这种转变速度快于森林系统。通过结合长期观察与实验数据，验证了草原群落如何响应气候变化的问题。
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研究结果
3.1、物种气候生态位估计
3.2、群落变化的观察和实验证据
3.3、群落变化的分析与综合
尽管推动群落组成变化的物种存在差异，但在生态位空间中的综合结果表明，无论是长期观察还是操控实验，群落组成变化都是一致且可比的（图 5）。在气候生态位空间中表示这些群落的 CTI-CPI 值类似于仅使用两个维度进行排序分析，这在生物学上更有意义，并且与气候梯度直接相关（图 1c 和 5a）。虽然变暖实验的优势在于在受控气候变化情景中建立因果关系，但在广泛地理范围内进行的 12 项观察性研究提供了对气候空间的全面探索（图 5a）。
确定了一种共同的模式，即群落嗜热和旱生化沿着 CTI 和 CPI 的共同轨迹发生，在长期气候变化和强烈变暖处理下都表现出显著的一致性（图 5b）。在显著的变化中，群落嗜热化 0.1°C 对应于观测值 -12.3 mm（中位数）的旱生化和实验值 -9.28 mm的旱生化。分布式观测和变暖实验的强化阶段中更明显的气候变化导致群落嗜热化和旱生化更强（图 2、3 和 5c、d）。气候生态位空间中多个成分变化表明，变化的幅度可能取决于观察到的时间段（图 5c）或变暖程度（图 5d），但嗜热作用和干燥作用是研究区域高度耦合的变化，源于独特的气候生态位空间结构（图 1a）。
图 5：从观测和实验中综合得出的草原群落变化。a，12 个观测点和实验点的群落组成由中值 CTI（℃）和 CPI（mm）描述，位于估计物种的气候生态位质心（中值，灰色）中。插入矩形显示 b 的范围。b，观测和实验中，群落沿气候空间的一致方向移动。对于观测点，箭头指向采样期的开始到结束；对于实验点，箭头指向从环境到变暖处理。CTI-CPI 范围在 c 中相同，而插入矩形显示 d 的范围。c，12 个观测点中的 8 个发生显著变化。d，群落发生显著变化，主要是在实验的第 3 阶段变暖中。在 b-d 中，对于 CTI 或 CPI 中线性时间趋势不显著的站点以及 CTI 或 CPI 中环境和变暖处理之间差异不显著的阶段，箭头设置为半透明（双侧 t 检验，P > 0.05）。请参阅图 1 和图 2 了解每个检验的 P 值。
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研究讨论
CFP草原群落对气候变化的响应速度快于森林群落。在12个观测点中，草原群落的嗜热化速率为0.0216℃ yr-1，高于背景气候变暖速率及森林群落的嗜热化速率。草原快速反应的原因包括物种更新快、更直接暴露于气候变化以及非本地物种占据主导。此外，研究发现CFP呈现高温化和旱生化的耦合现象，这可能与该地区特有的气候条件有关。
转载自学研录
文章仅代表作者个人观点，与本公众号无关
原文标题：论文|密歇根大学在Nature子刊揭示气候变化对草原群落的影响！
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图文编辑：张学渊 彭婵
审编：周笑语 闫孟蕊
终审：初明若 李雨竹 代浩宇 毕丝淇
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