氮富集下生物多樣性喪失的機制—從光競爭到離子毒害的轉(zhuǎn)變
Namuhan, Wang J, Yang GJ, Song YT, Yu YG, Wang JD, Wang XG, Shi YP, Shen Y, Han XG, Wuyunna*, Zhang HY*. Mechanisms of biodiversity loss under nitrogen enrichment: unveiling a shift from light competition to cation toxicity. New Phytologist, 2024, DOI: 10.1111/nph.19941. (中科院一區(qū),Q1,IF=8.3)

圖1?氮(N)添加后引起草地生物多樣性喪失機制的概念圖。兩種假設(shè)機制概述如下:(i) 氮添加刺激植物生長,增加葉面積指數(shù)(LAI),從而提高截光率(LIF),增加光競爭排斥,進而降低生物多樣性。(ii) 氮添加產(chǎn)生過量H+導(dǎo)致土壤酸化,活化金屬離子,造成離子毒害,降低生物多樣性。洋紅色虛線表示光照條件的變化,金屬元素圓圈的大小表示離子效應(yīng)變化。

圖2?氮(N)添加速率對野外控制實驗中群落葉面積指數(shù)(LAI,a)和截光率(LIF)(c-e,n=25)的影響。3D圖說明了LIF與氮添加梯度測量高度之間的關(guān)系(b)。橫斷面圖描述了植被中不同測量高度(即 0-10、10-20 和 20-30 厘米)的 LIF 對不同氮添加量的響應(yīng)(c-e)。虛線表示 LAI 和 LIF 對氮響應(yīng)的臨界點。統(tǒng)計顯著性以***p?< 0.001表示。

圖3?野外控制實驗中氮添加速率對土壤 pH 值(a)、Al3+(b)和 Mn2+(c)含量的影響(n = 25)。R2值表示調(diào)整后的R方。統(tǒng)計顯著性用***p?< 0.001表示。

圖4?氮添加速率對物種豐富度的影響 (a)。在所有(0-50 g N m-2?yr-1)(b)、低(0-10 g N m-2?yr-1)(c)和高(20-50 g N m-2?yr-1)(d)氮添加速率下,LIF0-10cm、LIF10-20cm、LIF20-30cm、H+、meqAl3+、meqMn2+對物種豐富度的相對重要性。LIF0-10cm、LIF10-20cm、LIF20-30cm表示野外控制實驗中不同測量高度(0-10cm、10-20 cm、20-30 cm)的截光率。插圖顯示了在氮添加量條件下,光競爭(橙色條,將 LIF0-10cm、LIF10-20cm、LIF20-30cm加在一起)和離子毒害(深藍色條,將 meqMn2+、meqAl3+和H+?加在一起)對物種豐富度的相對重要性。R2表示調(diào)整后的R方。(***p?< 0.001)。

圖5?Meta分析中光合有效輻射(PAR)(a)、光照不對稱性(b)、pH 值(c)、Al3+(d)和 Mn2+(e)的響應(yīng)比與氮添加速率之間的關(guān)系。響應(yīng)比的計算方法是:氮添加處理的數(shù)值除以對照處理的數(shù)值。圖中圓圈的大小反映了方差的倒數(shù),回歸線是通過指數(shù)擬合模型和95%的置信區(qū)間生成的。只有存在顯著關(guān)系(p?< 0.05)時,圖中才會出現(xiàn)回歸線。黃色點代表與光競爭機制相關(guān)的數(shù)據(jù),藍色點對應(yīng)與離子毒害機制相關(guān)的數(shù)據(jù)。R2值表示調(diào)整后的R方。統(tǒng)計顯著性如下:*p?< 0.05; ***p?< 0.001。

圖6?Meta分析中物種豐富度響應(yīng)比與光合有效輻射(PAR)(a)、光照不對稱性(b)、pH 值(c)、Al3+(d)和 Mn2+(e)等變量之間的關(guān)系。響應(yīng)比的計算方法是:氮添加處理的數(shù)值除以對照處理的數(shù)值。圖中圓圈的大小代表方差的倒數(shù),圓圈和回歸線的顏色對應(yīng)不同的氮添加速率(綠色代表低氮添加速率,紫色代表高氮添加速率)。黑線代表在不同氮添加率下觀察到的整體關(guān)系。當發(fā)現(xiàn)有顯著關(guān)系時(p?< 0.05),回歸線就會出現(xiàn)。R2值表示調(diào)整后的R方。統(tǒng)計意義表示如下:*p?< 0.05;***p?< 0.001。
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