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英文题目：Nitrogen addition reduced ecosystem stability regardless of its impacts on plant diversity
中文题目：氮添加影响植物生物多样性并降低生态系统稳定性
期刊名称：Journal of Ecology(2020影响因子6.26)
发表年份：2019年
第一作者：：Jushan Liu
通讯作者：Forest Isbell, Deli Wang
作者单位：东北师范大学生命科学学院
Highlights
1.氮添加在试验初期降低了群落植物多样性，在后期增加了群落植物多样性。
2.物种异步性和优势种的稳定性是影响群落稳定性的主要原因。
3.氮添加降低了物种异步性和优势种的稳定性，进而降低了群落稳定性。
研究背景
氮富集提高了初级生产力，但降低植物物种多样性，这可能导致生态系统功能和稳定性的变化。生态系统稳定性往往取决于植物多样性，而多样性影响稳定性的机制主要因为物种异步性和种间相互作用。
氮添加会降低植物物种多样性，并因此降低生态系统稳定性。氮添加还可能通过改变物种的优势度和优势种的稳定性来改变生态系统的功能和稳定性。氮添加对生态系统稳定性的影响可能受物种丰富度、物种异步性、物种优势度或优势物种稳定性的调节。植物凋落物通过影响地下分解者，进而影响土壤养分的转移和输入。在生态系统的运转方面起重要作用。凋落物可以改善环境条件(例如降低土壤的光照水平，影响水分和热量的传递)，直接或间接地影响个体和种群，并可能改变物种组成。此外，有研究认为通过施肥增加凋落物积累，以弥补氮富集导致的多样性损失。然而，植物凋落物对物种间相互作用在调节草地群落结构和生态系统稳定性方面的影响却很少被探讨。
研究通过对8年的氮添加和凋落物处理试验结果进行分析(2009年-2018年)，评估半干旱草地生态系统稳定性对氮添加的响应，验证了以下假设：(a)氮添加通过降低植物物种丰富度、提高物种优势度降低生态系统稳定性；(b)氮添加同时也降低优势物种的稳定性并导致生态系统稳定性的降低。
材料与方法
研究地点位于中国吉林省东北师范大学草原生态研究站(北纬44°35′，东经123°30′)，为半干旱大陆性气候，土壤为盐碱土。该草地植被以多年生草本植物羊草为主，为优势种。试验从2009年5月开始，采用完全随机区组、裂区试验设计。试验设6个区组，每个区组包括2个氮水平处理(0、10 g m−2 year−1 )和3个凋落物处理(移除凋落物、自然凋落物、双凋落物)。
研究内容
试验前期和后期，氮添加增加了地上部净初级生产力(ANPP)、优势种和从属种的生物量(图1)。研究初期，氮添加降低了物种丰富度并增加了群落优势度指数（2010-2013年)。后期相反，从2014-2016年，增加物种丰富度降低群落优势度指数。在未添加氮的处理中，ANPP随降雨量的增加呈线性增加趋势，但在氮添加处理中，ANPP随降雨量的增加呈非线性增加趋势(图2)。
图1 2010 - 2016年年降雨量(a)和氮对ANPP (b)、优势种生物量(c)、从属种生物量(d)、物种丰富度(e)和优势比指数(f)的影响
优势种生物量随降雨量的增加而显著增加。施氮处理样地从属物种生物量随降雨量的增加而降低，而未施氮处理样地从属物种丰富度随降雨量的增加而降低。氮素添加显著降低了生态系统稳定性，优势种稳定性，从属种稳定性(图3，表1)。氮素添加在早期降低了物种丰富度，增加了优势度指数，并降低了物种异步性。
表1 三个时期的氮添加、凋落物及其相互作用对生态系统稳定性、优势物种稳定性、劣势物种稳定性、物种丰富度、优势度指数和物种异步性影响的裂区方差分析结果
早期，氮添加通过降低物种异步性和优势种稳定性来降低生态系统稳定性，而该两种指标与生态系统稳定性之间是协同变化的(图4)。后期，氮添加通过降低优势种数和优势种稳定性降低生态系统稳定性。两个时期的氮添加均增加ANPP，但ANPP对生态系统稳定性无显著性影响。整个试验过程中，物种的异步性和优势种稳定性对生态系统的稳定性有很强的调控作用。预测全球环境变化对生态系统稳定性的影响时，必须考虑优势种及其稳定性以及不同物种的异步性。
图2 不施氮处理与氮添加处理的ANPP (a)、优势种生物量(b)、劣势种生物量(c)和物种丰富度(d)与年降雨量的关系
图3 氮添加对生态系统稳定性(a)、优势种稳定性(b)、劣势种稳定性(c)、物种丰富度(d)、优势度指数(e)和物种异步性(f)的影响
图4 关于氮添加在试验初期和后期对生态系统稳定性影响的结构方程模型。(a)早期(2010-2013)，(b)后期(2014-2016)。蓝色和红色实箭头分别表示显著的正效应和负效应，灰色虚线箭头表示无显著影响。
结论
研究结果表明，氮添加对植物多样性的影响随着时间的推移发生变化，并降低生态系统稳定性。提高植物多样性和优势物种的稳定性能够增强生态系统的稳定性。通过对物种异步性和群落中优势物种的研究，能够帮助我们构建更稳定的草地生态系统。
文章链接
原文链接：
https://doi.org/10.1111/1365-2745.13187
转自：“间套作与现代农业”微信公众号
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