我校任海燕教授课题组揭示气候变化驱动草原生物多样性格局的关键机制

人类活动已深刻加剧全球气候变化，未来草原可能面临更高温、更干旱的环境压力。作为重要生态安全屏障，草原生态系统的生物多样性与多功能维持正面临严峻挑战。近日，我校草业学院任海燕教授课题组在农林领域国际权威期刊《Agricultural and Forest Meteorology》和《Soil Ecology Letters》连续发表两项研究成果，基于长期定位实验和区域尺度监测，系统揭示了增温、干旱等关键气候变化因子驱动草原生物多样性格局的内在机制，为草原适应性管理提供科技支撑。

在《Agricultural and Forest Meteorology》发表的研究，题为“Climate warming, rather than nitrogen deposition, reduces plant diversity and increases community homogenization in a desert steppe”，基于连续17年的全球变化野外控制实验，系统评估了增温和氮沉降对荒漠草原植物在分类、功能和系统发育三个维度的α与β多样性影响。研究表明，增温显著降低植物分类和功能α多样性；系统发育α多样性下降主要集中在实验前10年，并在2015年极端干旱引发的群落结构重置后趋于稳定。增温在三个维度均导致β多样性下降，显著加剧群落同质化；相比之下，氮添加仅提升分类与功能β多样性，对系统发育维度无显著作用。物种周转分析揭示：偶见种（初始密度和覆盖度较低）在增温情景下更易丧失，而叶氮含量高、光合能力强的物种更易定植；增温导致的物种丧失主要集中在与常见种亲缘关系较远的类群，使群落系统发育结构由“分散分布”逐步向“随机分布”转变。

图1 植物群落不同维度α和β多样性变化

在《Soil Ecology Letters》发表的研究，题为“Increasing aridity reduces soil protist diversity and weakens its link to ecosystem functioning in grassland ecosystem, northern China”，聚焦干旱对草原土壤原生生物多样性及其生态功能的影响。研究沿中国北方草地东西样带开展，覆盖草甸草原、典型草原和荒漠草原等主要植被类型，选取14个样点，结合高通量测序与多功能性指标评估。结果表明，干旱是影响土壤原生生物多样性及其群落结构的最主要环境因子。随着干旱指数升高，土壤原生生物总体丰富度显著下降，消费者、寄生类和光合自养类等核心功能群均受到抑制。土壤原生生物多样性与生态系统多功能性具有显著正相关，但随着干旱加剧，这种“多样性─功能”关系逐渐减弱甚至发生“解耦”，表明干旱不仅直接降低土壤生物多样性，也削弱了其对生态系统功能的支撑作用，对草原生态系统的稳定性构成潜在风险。

图2 干燥度指数（AI）通过直接和间接途径（包括pH值、土壤水分、丰富度、丰富度×AI以及群落组成）对生态系统多功能性的影响

《Agricultural and Forest Meteorology》论文的第一作者为我校已毕业博士生朱毅，通讯作者为任海燕教授，该研究联合瑞士联邦森林、雪与景观研究所、苏黎世联邦理工学院和美国佐治亚理工学院国际团队完成。《Soil Ecology Letters》论文的第一作者为我校2023级硕士生郝溶，通讯作者为任海燕教授，与中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所合作完成。两篇论文的第一完成单位均为内蒙古农业大学。研究工作得到内蒙古自治区农牧业科学院四子王旗基地的支持，受国家自然科学基金、内蒙古杰出青年基金等项目资助。