保護旱區(qū)生態(tài) 目光別只停留在植物上

　　在生態(tài)系統(tǒng)中，旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)由于其脆弱性和低穩(wěn)定性，成為對氣候變化和人類活動最敏感的地球陸地生態(tài)系統(tǒng)之一。

　　近幾十年來，在全球變化的背景下，旱區(qū)的干旱程度加劇，旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)正面臨著嚴(yán)重退化的風(fēng)險。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)控機制，以及旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)如何長期有效維持功能多樣性并為人類社會服務(wù)，一直是生態(tài)學(xué)研究的核心和熱點問題之一，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。近日，一項新的研究成果在線發(fā)表在《自然·通訊》上，為這一科學(xué)問題提供了新的視點。

　　干旱對土壤功能的負(fù)效應(yīng)可能被低估

　　自2013年以來，蘭州大學(xué)鄧建明團隊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)進行多年野外大規(guī)模調(diào)查取樣。他們收集了2萬余份樣品/數(shù)據(jù)，結(jié)合室內(nèi)控制實驗，聯(lián)合英國曼徹斯特大學(xué)和瑞士蘇黎世大學(xué)，利用二代高通量測序等技術(shù)，揭示了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，而并非遵循某一具有普適性的調(diào)控模式。

　　相比于單個土壤功能，土壤多功能性對干旱的響應(yīng)更敏感。因此，對單個功能或過程分析的結(jié)果往往會低估干旱對土壤功能的負(fù)效應(yīng)。細(xì)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(guān)系的相對強度沿干旱梯度發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

　　針對研究中發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)變機制，研究者提出，生態(tài)系統(tǒng)多功能性的動態(tài)變化主要由植物多樣性及其生產(chǎn)力和土壤微生物多樣性進行聯(lián)合調(diào)控；在半干旱與干旱半濕潤區(qū)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(chǎn)力快速下降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)較強的正相關(guān)。相反，在高干旱水平下，如在干旱與極旱區(qū)，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(guān)鍵限制性因素，即土壤多功能性遵循自上而下的調(diào)控原理，因此可預(yù)測土壤微生物多樣性與多功能性將呈現(xiàn)較強的正相關(guān)。

　　上述科學(xué)假說在本研究中得到了很好的野外調(diào)查實驗與室內(nèi)控制實驗驗證。

　　更重要的是，研究團隊還發(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(diào)控模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨隙�下的調(diào)控模式。

　　高排放情景下我國旱區(qū)或?qū)⒋蠓鶖U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(qū)(干旱水平高于0.8)的面積變化特征也進行了進一步的預(yù)測。

　　他們提出，在高排放情景下，21世紀(jì)末該區(qū)域面積相比1970—2000年，將擴張高達(dá)28%，擴張將主要發(fā)生在內(nèi)蒙古自治區(qū)的中部和東部。

　　該研究結(jié)果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)管理與保護政策等方面具有十分重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。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)保護更應(yīng)優(yōu)先保護植物多樣性；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)先保護該區(qū)域的土壤微生物多樣性如土壤結(jié)皮則極為重要。