凈初級生產(chǎn)力的形成和維持是生態(tài)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的功能,其由地上和地下生產(chǎn)力兩部分構(gòu)成。長期以來,由于受到取樣條件、研究方法、研究成本等多方面的限制,對地下生產(chǎn)力的了解遠遠滯后于對地上生產(chǎn)力的了解。全球陸地生態(tài)系統(tǒng)平均而言,地下生產(chǎn)力占總生產(chǎn)力的46%,而在草原生態(tài)系統(tǒng)中,這一數(shù)字為64%(Ghearardi & Sala 2020 PNAS)。因此,地下生產(chǎn)力的變化是不容忽視的。
生產(chǎn)力的穩(wěn)定性事關(guān)生態(tài)系統(tǒng)向人類社會提供服務(wù)的可持續(xù)供給。以往研究多關(guān)注地上生產(chǎn)力的穩(wěn)定性,而對地下生產(chǎn)力以及總生產(chǎn)力的穩(wěn)定性的變化規(guī)律和內(nèi)在機制缺乏了解。人類活動導致陸地生態(tài)系統(tǒng)的活性氮沉降量顯著增加,厘清總生產(chǎn)力穩(wěn)定性對氮沉降的響應(yīng)規(guī)律對于預測生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化非常重要。
中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所生態(tài)化學計量學組研究團隊依托在內(nèi)蒙古額爾古納于2014年建立的草甸草原氮素添加控制實驗平臺,基于對96個群落的地上和地下生產(chǎn)力為期五年的連續(xù)監(jiān)測(2016~2020),結(jié)合多尺度生產(chǎn)力穩(wěn)定性理論框架,研究了不同空間尺度上 (局域vs.區(qū)域) 草甸草原地上、地下以及總生產(chǎn)力穩(wěn)定性在多種氮素輸入量條件下的變化情況。
研究結(jié)果顯示,隨著氮素輸入量的增加,植物多樣性逐漸喪失,進而降低了局域和區(qū)域尺度上的地上生產(chǎn)力穩(wěn)定性,但沒有改變兩種空間尺度上的地下生產(chǎn)力穩(wěn)定性(BNPP stability) 和總生產(chǎn)力穩(wěn)定性(圖1)。地下生產(chǎn)力穩(wěn)定性決定了總生產(chǎn)力穩(wěn)定性對氮添加的響應(yīng)模式。對于地上生產(chǎn)力和地下生產(chǎn)力而言,其空間異步性 (Spatial asynchrony) 在維持區(qū)域尺度上生產(chǎn)力的穩(wěn)定性方面均發(fā)揮重要作用 (圖2)。上述結(jié)果說明,地下生產(chǎn)力的穩(wěn)定性對氮素輸入的響應(yīng)與地上生產(chǎn)力的響應(yīng)截然不同。由于地下生產(chǎn)力對總生產(chǎn)力的較大貢獻,以往研究中所得到的“氮素輸入降低地上生產(chǎn)力穩(wěn)定性”的結(jié)論不能簡單推至生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)力。






