全球变化导致高山生态系统大量退化，极大影响区域生态系统功能和生物多样性。高山生态系统提供了诸多重要的生态系统服务，如固碳、畜牧、水土保持和旅游等。然而，由于其高海拔和恶劣的环境，高山生态系统在全球变化背景下非常脆弱。但是，目前的研究大多关注高山生态系统中冰川退却或草甸退化带来的影响，而高山冰缘生态系统退化的生态后果鲜有关注。
近日，中国科学院昆明植物研究所泛第三极植物多样性形成及创新驱动专题组孙航院士团队在国际生物学期刊SCIENCE CHINA Life Sciences上在线发表了题为Decoupled responses of soil microbial diversity and ecosystem functions to successive degeneration processes in alpine pioneer community的研究论文。该研究基于为期14年的高山垫状植物长期监测平台，使用“空间换时间”的研究策略，采集了高山冰缘带垫状植物群落水平和个体水平的土壤样品，开展如下研究。该研究基于野外实验探索了微生物群落特征对退化过程的综合响应，并通过土壤微宇宙实验模拟全球变化（增温、氮沉降和干旱）对微生物群落稳定性的影响，探索其与高山先锋群落退化各阶段生态系统功能的关系。该研究首次证实，高山先锋群落退化导致真菌丰富度下降27%，细菌丰富度下降8%，特有微生物减少约50%。但是，随着植被退化，关键生态系统功能如养分可获得性、土壤酶活性、微生物生物量和生态系统多功能性逐渐增加。然而，土壤呼吸速率和碳储量表现出不平衡的动态。与初期阶段相比，中期退化阶段的呼吸速率增加了190%，但在后期阶段减少了38%。这表明在中期演替阶段，土壤碳的流失或排放增加，而在后期演替阶段，高山草甸成为重要的碳汇。与微生物群落特征（如总丰富度和功能类群丰富度、网络复杂性）相比，群落抵抗力对生态系统功能的贡献更为显著。尤其细菌群落抵抗力对生态系统功能至关重要，但是氮添加显著削弱了细菌群落抵抗力。基于微生物网络、群落构建和群落抵抗力的分析，研究人员发现：在退化的高山生态系统中，真菌对环境变化更为敏感，对生态系统功能的贡献低于细菌。该研究增强了对微生物群落在退化高山生态系统中综合响应动态的理解，呼吁关注高山冰缘生态系统的退化过程中的地下动态，并为制定退化高山生态系统管理和修复策略提供指导。
高山垫状群落退化过程中，生态系统功能大体展现出趋益的变化，但是部分功能及整个微生物多样性严重恶化。生态系统功能与生物多样性解耦的关系使我们思考，如何在当前严峻的全球变化背景下，优化高山生态系统的管理和保护，以期达到综合生态利益最大化。但是鱼与熊掌难以兼得，任重道远。
泛第三极植物多样性形成及创新驱动专题组张亚洲副研究员为论文第一作者，陈建国研究员和孙航院士为通讯作者，J. Aaron Hogan、叶垚君、刘欣、宋敏舒参与该研究。该研究在数据采集过程中得到青藏高原二次科考项目、国家自然科学基金、云南省基础研究专项、云南省中青年学术和技术带头人后备人才、云南省彩云博士后计划、中国科学院昆明植物研究所人才引进项目等的支持。
图1 高山垫状植物群落退化过程及实验设计示意
图2 高山垫状植物群落退化过程中微生物多样性和生态系统功能动态
