Nature Communications | 全球草地土壤碳储量随植物多样性的增加而增加

news2024/9/20 16:58:25

在许多生态系统中物多样性与土壤有机碳(SOC)储量呈正相关。最可能的原因是植物多样性积极影响植物生产力，从而影响土壤的有机碳输入量。大多数关于植物多样性对植物生产力和有机碳储量影响的证据都是基于控制植物物种丰富度的小规模实验。然而，那些短期的实验，可能低估了植物多样性对生态系统过程的影响，因为多样性对生产力的影响往往会随着时间的推移而逐渐增强（相关阅读：PNAS | 中科院“碳专项”重要成果：植物多样性增加了生产力和土壤碳储量；Nature Communications | 新方法！新结论！植物多样性增加导致生态系统生产力下降）。此外，在生物多样性实验中，通常选择变化尽可能小的非生物因子，以规避植物多样性对生态系统特性的影响，这与现实世界中非生物条件的变化促进植物多样性的情况相反。在自然系统中，生物多样性的变化在空间和时间上是非随机分布的，而在许多生物多样性实验中，物种组合是随机组合的。此外，气候如何影响植物多样性对生态系统功能的影响，特别是对有机碳储量的影响尚不清楚。由于植物生产力(即通过光合作用产生的有机质)和有机质分解都依赖于温度和土壤湿度，因此有机碳储量受到气候的强烈影响。植物多样性与有机碳储量之间的关系也可能与气候有关。

基于此，瑞典农业科学大学Marie Spohn教授等利用全球营养网络(NutrientNetwork)（NutNet相关研究：Nature Communication | 全球草原土壤净氮矿化；Nature Communications | 北京大学王少鹏研究组揭示富营养化对草地多维稳定性的影响；GCB | 全球草原植物残体的微生物分解过程受多种营养物质的共同限制）六大洲84个天然和半天然草地研究位点，旨在了解不同气候条件下草原植物多样性与土壤有机质的关系。假设植物多样性通过对植物生物量的积极影响，从而对土壤的植物有机质输入产生积极影响，从而对有机碳含量产生积极影响(图1a)。

图1 原始假设和新的优化模型的两个结构方程模型框架

植物多样性与土壤碳以及植物多样性与土壤有机质质量(碳氮比)之间的关系在温暖和干旱气候中尤为强烈。植物生物量与土壤碳呈显著正相关，而与植物多样性的相关性不显著。研究结果表明，植物多样性对土壤碳储量的影响不是通过有机质(植物生物量)输入量，而是通过有机质质量。该研究表明，恢复植物多样性的生态系统管理可能会增强土壤碳固存，特别是在温暖和干旱气候下。

综上所述，土壤有机碳含量通过有机质质量受到植物多样性的影响，而植物地上生物量(即数量)也与土壤有机碳有关，但与植物多样性无关。这项研究表明，生物多样性和生态系统过程之间的关系依赖于气候，这对于理解生态系统功能至关重要，并强调了在生态学中超越局部实验的重要性。本研究具有重要意义，因为草原生态系统储存了大约三分之一的全球陆地碳储量。因此，未来变暖和干旱气候下草地植物多样性的潜在损失可能危及有机碳的储存。