GCB | 陆地生态系统C:N:P化学计量对降水变化的响应

news2025/2/25 0:00:16

西北农林科技大学水保学院上官周平研究员团队在陆地生态系统C:N:P化学计量对降水变化的响应方面取得新进展，并以“C:N:P stoichiometry of plants, soils, and microorganisms: Response to altered precipitation”为题发表在国际生态环境领域著名期刊Global Change Biology（IF2022=11.6）上。西北农林科技大学水保学院博士后李继伟为论文第一作者，邓蕾研究员为通讯作者。

气候变暖对全球和区域降水模式产生重大影响，导致降水季节分布和极端降水事件的频率发生变化，从而影响陆地生态系统稳定性。降水变化还可以改变生态系统碳（C）、氮（N）、磷（P）循环，进而影响植物和微生物群落的稳定性和组成。植物和微生物群落对降水变化高度敏感，但降水变化下植物-土壤-微生物元素循环的响应及敏感性仍不清楚。因此，非常有必要进一步研究不同生态系统C:N:P化学计量对降水变化的响应过程和机理，对于揭示降水在全球碳循环中的角色定位以及探明植物、微生物在土壤碳循环中所起的作用都具有重要意义。基于此，该研究基于全球样点数据（图1），取得如下进展：

图1 三种主要植被生态系统（林灌草）样点分布

（1）阐明了生态系统C:N:P化学计量特征对降水改变的响应规律。降水增加对植物-土壤-微生物C:N:P影响较小，而降水减少提高了凋落物N、根N、叶片和根N:P比（图2）。降水增加提高了土壤C、N和C:P和微生物C、N、P含量，而降水减少降低了微生物N和N:P。在干旱地区（湿润指数AI<0.65），降水增加提高了微生物C、N含量，而在湿润地区（AI>0.65），降水减少提高叶片N、N:P，但降低了叶片C:N。降水增加提高草地生态系统的C:P比，而降水减少增加森林草地生态系统叶片N含量，但降低了叶片C:N比。

图2 生态系统C:N:P对降水变化的响应规律

（2）明确了植物和微生物群落C:N:P化学计量特征对降水变化的敏感性差异。植物群落对降水减少比增加更加敏感，特别是植物叶片C:N敏感性对降水减少的响应，这种敏感性在中等降水减少（-33.3% ~ -66.7%）条件下最为显著（图3）。土壤微生物群落对降水增加比降水减少更加敏感，表现为C、N、P和C:N对降水增加的敏感性，这种敏感性在轻度降水增加（< +33.3%）下得到进一步验证，且在极端降水强度（±67%）下，土壤微生物对降水减少比降水增加更加敏感，呈现“双不对称模型”变化。

图3 生态系统C:N:P对降水变化的敏感性差异

（3）揭示了降水变化下生态系统C:N:P化学计量的影响机理。降水变化主要影响植物、土壤和微生物的N相关化学计量（N、C:N和N:P），表明参与N循环的植物和微生物群落对生态系统碳积累产生重要影响。降水变化下土壤微生物群落具有较强的内稳性特征，而植物群落倾向于资源有效性的变化而改变。此外，植物C:N:P化学计量主要受年均降水量的影响，而微生物C:N:P化学计量主要受降水变化强度的影响（图4）。降水变化下植物和微生物群落的不同N分配策略驱动C:N:P化学计量介导的生态系统碳积累过程，为未来气候变化情景下的生态系统碳循环提供理论参考。