西北高原所研究揭示演替过程和养分添加对生物多样性和生态系统多功能性的影响

高寒沙区与高寒草地生态系统极为脆弱，其生物多样性和生态功能对气候变化与人为干扰高度敏感。在高寒沙区，人工植被恢复（如柠条种植）是改善土壤质量、防风固沙和提升水分保持能力的关键措施，但人工植被如何通过土壤微生物群落调节生态系统多功能性仍不明确。

中国科学院西北高原生物研究所高寒湿地生态系统近自然修复与功能提升研究团队研究基于不同恢复年限（0-50年）的柠条人工林，揭示了土壤和根际微生物群落对土壤多功能性的驱动机制。结果显示，随着恢复年限增加，尤其恢复至35年与50年时，土壤多功能性显著提升；细菌OTU丰富度与土壤多功能性呈显著正相关，而多样性如Shannon和Pielou指数表现出负相关；真菌丰富度（OTU、Chao1）均与多功能性强正相关。结构方程模型表明，土壤因子对多功能性具有直接负向影响，根际细菌群落组成的变化是重要间接调节路径。类似地，在三江源地区高寒草地中，由于近21%的草地已出现轻度退化，若缺乏修复措施，极可能在气候变化与放牧压力下进一步演变为“黑土滩”。在这一背景下，氮素添加作为最常见的草地修复措施，能够在短期内缓解氮限制、提高生产力。然而，随着氮素添加持续时间的增加，草地生态系统往往出现土壤酸化、植物多样性下降等负面效应。结果表明，氮素添加的生态效应取决于持续时间，以及氮素水平和类型；长期添加氮素会通过促进禾本科植物生长并抑制非优势物种的生长，从而降低物种多样性；氮添加通过物种更替改变生物多样性和多功能性关系。这些发现强调了在脆弱生态系统管理中，应关注演替进程与外源干扰对群落组成和功能维持的双重影响，从而为制定更精细化、长期有效的生态修复和可持续管理策略提供科学依据。

研究结果以 Regulatory effects of soil factors and rhizosphere bacterial community composition on soil multifunctionality in Caragana korshinskii artificial plantations 为题发表在 Plant and soil（中国科学院二区Top），以 Long-term nitrogen addition of different types and levels altered the relationship between species diversity and ecosystem multifunctionality in alpine grasslands 为题发表在 Soil ecology letters（中国科学院二区）。西北高原所博士研究生史正晨和苏洪烨为共同第1作者，周华坤研究员为通讯作者。该研究分别得到国家自然科学联合基金（U21A20186，U21A2021），青海省重点研发与转化（2024-HZ-810）等项目的共同资助。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s11104-025-07947-w

https://doi.org/10.1007/s42832-026-0382-y                    

图1 不同恢复年限的柠条（Caragana korshinskii）人工林下，恢复年限、土壤因子以及土壤和根际微生物群落特征对土壤多功能性的影响

图2 分段式结构方程模型展示了各变量对生态系统多功能性的影响（A 长期氮添加，B 短期氮添加）