多养分添加导致植物元素化学计量生态位趋同并降低草地植物多样性

多养分添加导致植物元素化学计量生态位趋同并降低草地植物多样性

近日，河北大学生命科学学院韩兴国/姜勇团队在Global Change Biology期刊发表重要研究成果，揭示了多养分添加对草甸草原植物多样性的影响机制。研究发现，多元素添加虽然提高了土壤养分供应能力，但导致植物群落中不同物种的元素浓度趋于相似，加剧了物种间竞争排除效应，进而降低了植物物种多样性。

3月13日，Global Change Biology期刊以“Multiple nutrient additions homogenize multidimensional plant stoichiometry in a meadow steppe”为题，在线发表了多养分添加导致草甸草原植物元素化学计量生态位趋同并降低草地植物多样性的研究成果。

陆地生态系统植物生产力与多样性关系一直是生态学研究的热点问题。养分富集可提高草地植物群落生产力，但降低植物物种多样性。人类活动引起的氮、磷等营养元素富集及土壤酸化导致草地土壤养分失衡，多种养分有效性提高，而一些盐基元素有效性下降。土壤营养元素供应的变化如何影响植物物种体内多种元素含量及其比率（植物“生物地球化学生态位”）及其与植物多样性丧失之间的关系，仍然是知识空白。

河北大学生命科学学院韩兴国/姜勇团队依托2017年在呼伦贝尔草甸草原（欧亚草原最东端）建立的包含17种元素的多养分添加实验平台，通过连续3年实地观测和系统研究，发现多元素添加显著提高土壤养分供应能力，提高植物组织中元素浓度，但元素添加对土壤养分有效性的影响远大于对植物组织元素浓度的影响；多元素添加使植物群落中不同物种的元素浓度趋于相似，导致群落内共存物种元素化学计量生态位同质化，物种间竞争排除效应加剧，进而降低植物物种多样性。

该项研究拓展了“元素化学计量生态位假说”和“生态位维度假说”，为养分富集背景下草地植物物种多样性丧失提供了新见解。其生态学意义在于，在草地生态修复和适应性管理过程中，需要充分考虑土壤养分异质性，方能更好地维持物种间元素化学计量生态位差异，进而有利于植物物种共存和生物多样性维持。

中国科学院植物研究所特别研究助理彭扬博士和微生物研究所特别研究助理仰剑霞博士为论文的共同第一作者，河北大学生命科学学院韩兴国教授和中科院植物所魏存争副研究员为共同通讯作者，河北大学张海洋校聘研究员、美国明尼苏达大学Eric W. Seabloom教授、西班牙巴塞罗那自治大学Josep Peñuelas教授和Jordi Sardans博士为论文的共同作者；中国科学院额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站为共同作者单位。

论文信息：Peng Yang#, Yang Jian-Xia#, Seabloom Eric W., Sardans Jordi, Peñuelas Josep, Zhang Hai-Yang, Wei Cun-Zheng*, Han Xing-Guo*. Multiple nutrient additions homogenize multidimensional plant stoichiometry in a meadow steppe.Global Change Biology, 31: e70123Doi: 10.1111/gcb.70123

图1 养分添加对土壤养分有效性的影响

图2 养分添加对植物群落养分浓度加权平均值的相对效应比

图3 养分添加影响和土壤养分有效性与植物群落养分加权平均浓度之间的关联

图4 随养分添加量增加，在3年内同一群落中植物物种之间的多维化学计量差异

图5 多养分添加导致植物元素化学计量组成同质化，进而降低植物物种多样性