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旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)重退化風(fēng)險(xiǎn)，旱區(qū)保衛(wèi)戰(zhàn)可以這樣打！

2021-09-17 10:07:38來源：科技日報(bào)  

旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱且穩(wěn)定性很低，使其成為對氣候變化和人類活動(dòng)最敏感的地球陸地生態(tài)系統(tǒng)之一。

近幾十年來，在全球變化背景下，旱區(qū)的干旱程度加劇，旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)正面臨嚴(yán)重退化的風(fēng)險(xiǎn)。因此，生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能尤其多功能性之間的內(nèi)在關(guān)系及其調(diào)控機(jī)制，旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)長期有效維持功能多樣性、并為人類社會(huì)提供服務(wù)，一直是生態(tài)學(xué)研究的核心和熱點(diǎn)問題之一，也是國內(nèi)外生態(tài)學(xué)者一直力求攻克的重大科學(xué)問題。

自2013年以來，蘭州大學(xué)鄧建明團(tuán)隊(duì)通過在我國北方旱區(qū)建立東西橫跨近5000公里直線距離的自然樣帶，連續(xù)進(jìn)行了多年野外大規(guī)模調(diào)查取樣，收集了2萬余份樣品/數(shù)據(jù)，結(jié)合室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)，聯(lián)合曼徹斯特大學(xué)和蘇黎世大學(xué)，利用二代高通量測序等技術(shù)，揭示植物和土壤微生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)多功能性的影響與調(diào)控模式將隨著氣候與環(huán)境條件的改變而變化，并非遵循某一普適性的調(diào)控模式。

研究發(fā)現(xiàn)：相比于單個(gè)土壤功能，土壤多功能性對干旱的響應(yīng)更敏感，因此，對單個(gè)功能或過程分析的結(jié)果，往往會(huì)低估干旱對土壤功能的負(fù)效應(yīng);土壤微生物(細(xì)菌、真菌和古菌)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，而且植物和土壤微生物多樣性與多功能性關(guān)系的相對強(qiáng)度沿干旱梯度發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

研究人員針對該轉(zhuǎn)變機(jī)制，創(chuàng)新性地提出了以下科學(xué)假設(shè)：①生態(tài)系統(tǒng)多功能性的動(dòng)態(tài)變化主要由植物(即生產(chǎn)者)多樣性及其生產(chǎn)力和土壤微生物(即分解者)多樣性進(jìn)行聯(lián)合調(diào)控，②在低干旱水平下如半干旱與干旱半濕潤區(qū)，隨著干旱程度的增加，因植物多樣性及其生產(chǎn)力快速下降而成為土壤多功能性的關(guān)鍵限制性因素，土壤微生物多樣性及其功能服務(wù)則相對冗余，即土壤多功能性遵循自下而上(Bottom-up)的調(diào)控原理，因此可預(yù)測植物多樣性與多功能性將呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)，③相反，在高干旱水平下如干旱與極旱區(qū)，隨著干旱程度的增加，因土壤微生物多樣性及其生物量的急劇下降及生物殘?bào)w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(guān)鍵限制性因素，即土壤多功能性遵循自上而下(Top-down)的調(diào)控原理，因此可預(yù)測土壤微生物(特別是土壤真菌和腐生真菌)多樣性與多功能性將呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)。上述科學(xué)假說在本研究中得到了很好的野外調(diào)查實(shí)驗(yàn)與室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

更重要的是,團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)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(diào)控機(jī)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Bottom-up的調(diào)控模式轉(zhuǎn)變?yōu)門op-down的調(diào)控模式。此外，作者進(jìn)一步預(yù)測了未來中等排放情景(RCP4.5)和高排放情景(RCP8.5)下，我國北方干旱與極旱區(qū)(干旱水平高于0.8)的面積變化特征，發(fā)現(xiàn)在高排放情景下，21世紀(jì)末該區(qū)域面積相比1970-2000年將擴(kuò)張高達(dá)28%，擴(kuò)張將主要發(fā)生在內(nèi)蒙古自治區(qū)的中部和東部。

上述研究表明，這對在全球變化背景下，因地制宜地制定我國旱區(qū)的生態(tài)管理與保護(hù)政策等方面具有十分重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。比如，在低干旱水平區(qū)域，植物多樣性及其生產(chǎn)力是影響生態(tài)系統(tǒng)功能與穩(wěn)定性關(guān)鍵限制性因素，這意味著該區(qū)域的生態(tài)保護(hù)更應(yīng)優(yōu)先保護(hù)植物多樣性;而在高干旱水平區(qū)域，土壤微生物多樣性作為影響生態(tài)系統(tǒng)功能與穩(wěn)定性關(guān)鍵限制性因素，因此，更優(yōu)先保護(hù)該區(qū)域的土壤微生物多樣性如土壤結(jié)皮則極為重要。(頡滿斌)

責(zé)任編輯：hnmd003

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