氮添加驱动草甸草原豆科植物局部灭绝

IF 5.6 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Journal of Ecology Pub Date : 2025-07-01 DOI:10.1111/1365-2745.70091

Yinliu Wang, Guoxiang Niu, Kathrin Rousk, Guojiao Yang, Liangchao Jiang, Muqier Hasi, Jianguo Xue, Xiaotao Lü, Yong Jiang, Xingguo Han, Ang Li, Jianhui Huang

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摘要

氮(N)富集通过刺激非豆科植物竞争对手生长、增加群落冠层盖度和诱导光照限制三个相互关联的机制对豆科植物多样性构成严重威胁。诸如割草之类的冠层管理措施可以通过减少物种优势和恢复光照供应来部分减轻这些影响。通过草甸草原年代际田间试验，系统研究了长期施氮和刈割制度对豆科植物生物量动态和物种持久性的交互作用。我们的研究结果表明，氮富集与豆科植物物种丰富度之间存在时间依赖性关系。大多数豆科植物，特别是稀有和次要的豆科植物，在氮肥添加量超过10 g N m−2年−1时，在中后期被淘汰。这种崩溃与优势非豆科植物羊草（Leymus chinensis）生物量积累对豆科植物的逐渐抑制有关。超过这一生态阈值后，群落中只有杉木（Thermopsis lanceolata）能够存活，但其生物量最终会随着N输入和相关金属元素吸收率的增加而下降。温室实验表明，该物种的生存策略包括快速下调固氮能力——这是一个潜在的关键功能特征，将其与研究地点的其他豆科植物区分开来。刈割部分抵消了氮引起的生物多样性在亚阈值富集水平(即<；10 g N m−2年−1)，通过削弱亲氮植物的竞争优势和保持光穿透。然而，在长时间的氮暴露或超过阈值的添加速率下，这种管理干预被证明对豆科植物的清除无效。我们的机制分析确定了豆科植物灭绝的三个级联驱动因素：(1)N响应物种的竞争排斥，(2)冠层关闭造成的光照限制，(3)金属元素积累的植物毒性作用。合成。本研究预测，在慢性氮沉降条件下，温带草原的生态系统将向简化的固氮关联和非共生植物物种的优势转变。这种成分变化可能从根本上改变陆地氮循环模式，对生态系统功能产生连锁反应。虽然刈割在中等氮负荷下提供有限的缓冲能力，但我们的研究结果强调了严格控制大气氮排放以保护豆科植物生物多样性和相关生态服务的必要性。

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Nitrogen addition drives local extinction of legumes in meadow steppe

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Journal of Ecology 环境科学-生态学

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期刊介绍： Journal of Ecology publishes original research papers on all aspects of the ecology of plants (including algae), in both aquatic and terrestrial ecosystems. We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems. Studies of plant communities, populations or individual species are accepted, as well as studies of the interactions between plants and animals, fungi or bacteria, providing they focus on the ecology of the plants. We aim to bring important work using any ecological approach (including molecular techniques) to a wide international audience and therefore only publish papers with strong and ecological messages that advance our understanding of ecological principles.