2021年09月24日
在生態系統中，旱區生態系統由于其脆弱性和低穩定性，成為對氣候變化和人類活動最敏感的地球陸地生態系統之一。
近幾十年來，在全球變化的背景下，旱區的干旱程度加劇，旱區生態系統正面臨著嚴重退化的風險。因此，生物多樣性與生態系統功能，尤其多功能性之間的內在關系及其調控機制，以及旱區生態系統如何長期有效維持功能多樣性并為人類社會服務，一直是生態學研究的核心和熱點問題之一，也是國內外生態學者一直力求攻克的重大科學問題。近日，一項新的研究成果在線發表在《自然·通訊》上，為這一科學問題提供了新的視點。
干旱對土壤功能的負效應可能被低估?
自2013年以來，蘭州大學鄧建明團隊通過在我國北方旱區建立東西橫跨近5000公里直線距離的自然樣帶，連續進行多年野外大規模調查取樣。他們收集了2萬余份樣品/數據，結合室內控制實驗，聯合英國曼徹斯特大學和瑞士蘇黎世大學，利用二代高通量測序等技術，揭示了植物和土壤微生物多樣性對生態系統多功能性的影響與調控模式，將隨著氣候與環境條件的改變而變化，而并非遵循某一具有普適性的調控模式。
相比于單個土壤功能，土壤多功能性對干旱的響應更敏感。因此，對單個功能或過程分析的結果往往會低估干旱對土壤功能的負效應。細菌、真菌和古菌等土壤微生物多樣性及土壤功能與多功能性，沿干旱梯度呈非線性變化趨勢，且植物和土壤微生物多樣性與多功能性關系的相對強度沿干旱梯度發生了轉變。
針對研究中發現的轉變機制，研究者提出，生態系統多功能性的動態變化主要由植物多樣性及其生產力和土壤微生物多樣性進行聯合調控；在半干旱與干旱半濕潤區等低干旱水平下，隨著干旱程度的增加，植物多樣性及其生產力快速下降成為土壤多功能性的關鍵限制性因素，土壤微生物多樣性及其功能服務則相對冗余，即土壤多功能性遵循自下而上的調控原理，因此可預測植物多樣性與多功能性將呈現較強的正相關。相反，在高干旱水平下，如在干旱與極旱區，隨著干旱程度的增加，土壤微生物多樣性及其生物量的急劇下降，以及生物殘體分解難度大幅增加和分解速率的下降，致使土壤微生物多樣性成為土壤多功能性的關鍵限制性因素，即土壤多功能性遵循自上而下的調控原理，因此可預測土壤微生物多樣性與多功能性將呈現較強的正相關。
上述科學假說在本研究中得到了很好的野外調查實驗與室內控制實驗驗證。
更重要的是，研究團隊還發現，隨著干旱脅迫的增加，植物與土壤微生物多樣性對多功能性的調控機制在約0.8的干旱水平（即干旱與半干旱氣候的分界線），將由自下而上的調控模式轉變為自上而下的調控模式。
高排放情景下我國旱區或將大幅擴張?
研究者對在未來中等排放情景（RCP4.5）和高排放情景（RCP8.5）下，我國北方干旱與極旱區（干旱水平高于0.8）的面積變化特征也進行了進一步的預測。
他們提出，在高排放情景下，21世紀末該區域面積相比1970—2000年，將擴張高達28%，擴張將主要發生在內蒙古自治區的中部和東部。
該研究結果對在全球變化背景下因地制宜地制定我國旱區的生態管理與保護政策等方面具有十分重要的科學指導意義。如在低干旱水平區域，植物多樣性及其生產力是影響生態系統功能與穩定性關鍵限制性因素，這意味著該區域的生態保護更應優先保護植物多樣性；而在高干旱水平區域，土壤微生物多樣性作為影響生態系統功能與穩定性關鍵限制性因素，因此，更優先保護該區域的土壤微生物多樣性如土壤結皮則極為重要。
