保护旱区生态目光别只停留在植物上

栏目:文化资讯    来源:互联网    作者:夏冰    发布时间:2021-09-23 15:37

保护干旱地区的生态不应只关注植物。

在生态系统中,干旱区生态系统因其脆弱性和低稳定性,已成为对气候变化和人类活动最敏感的陆地生态系统之一。

近几十年来,在全球变化的背景下,干旱地区干旱程度加剧,干旱地区生态系统面临严重退化的风险。因此,生物多样性与生态系统功能,尤其是多功能性之间的内在联系及其调控机制,以及干旱区如何有效维持功能多样性,服务人类社会,一直是生态学研究的核心和热点问题之一,也是国内外生态学家一直努力攻克的重大科学课题。最近,一项新的研究成果在《自然通讯》在线发表,为这一科学问题提供了新的视角。

干旱对土壤功能的负面影响可能被低估了。2013年以来,兰州大学邓建明团队通过在我国北方干旱地区建立一条自东向西跨越近5000公里的自然样带,连续多年进行大规模野外调查采样。他们收集了2万多个样本/数据,结合英国曼彻斯特联合大学和瑞士苏黎世大学的室内控制实验,利用第二代高通量测序技术,揭示了植物和土壤微生物多样性对生态系统的多功能性及其调控模式的影响,这种影响将随着气候和环境条件的变化而变化,而不是遵循一种普遍的调控模式。

与单一土壤功能相比,土壤多功能性对干旱更为敏感。因此,分析单一功能或过程的结果往往低估了干旱对土壤功能的负面影响。细菌、真菌和古细菌等土壤微生物的多样性以及土壤功能和多功能性沿干旱梯度呈非线性趋势,植物与土壤微生物多样性和多功能性关系的相对强度沿干旱梯度变化。

针对研究中发现的转化机制,研究者提出生态系统多功能性的动态变化主要受植物多样性及其生产力和土壤微生物多样性的组合控制。在半干旱和干旱半湿润地区等低干旱水平下,随着干旱程度的增加,植物多样性及其生产力的快速下降成为土壤多功能性的关键限制因素,而土壤微生物多样性及其功能服务相对冗余,即土壤多功能性遵循自下而上的调控原则,因此可以预测植物多样性与多功能性将呈现较强的正相关。相反,在高干旱水平下,如干旱和极度干旱地区,随着干旱程度的增加,土壤微生物多样性及其生物量急剧减少,生物残体的分解难度和分解速率大大增加,这使得土壤微生物多样性成为土壤多功能性的关键限制因素,即土壤多功能性遵循自上而下的调控原则,因此可以预测,土壤微生物多样性和多功能性将呈现较强的正相关。

本研究通过野外调查实验和室内控制实验,很好地验证了上述科学假说。

更重要的是,研究团队还发现,随着干旱胁迫的加重,植物和土壤微生物多样性对多功能性的调节机制约为0.8级干旱水平,将由自下而上的调节模式转变为自上而下的调节模式。

在高排放情景下,中国的干旱地区可能会大幅扩张。

研究人员还对未来中高排放情景(RCP8.5)下中国北方干旱、极端干旱地区(干旱等级高于0.8)的面积变化特征做了进一步预测。

他们提出,在高排放的情景下,21世纪末该地区的面积将比1970-2000年扩大28%,扩大将主要发生在内蒙古自治区的中部和东部。

研究成果对全球变化背景下我国干旱地区因地制宜制定生态管理和保护政策具有重要的科学指导意义。例如,在低干旱水平地区,植物多样性及其生产力是影响生态系统功能和稳定性的关键限制因素,这意味着该地区的生态保护应优先保护植物多样性。在高干旱地区,土壤微生物多样性是影响生态系统功能和稳定性的关键限制因素。因此,优先保护该地区土壤结皮等土壤微生物多样性极为重要。

保护旱区生态目光别只停留在植物上