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(duì)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng).敏感的地球陸地生態(tài)系統(tǒng)之一。

近幾十年來(lái)，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(xiǎn)。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(jī)制，以及旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)如何長(zhǎng)期有效維持功能多樣性并為人類(lèi)社會(huì)服務(wù)，一直是生態(tài)學(xué)研究的核心和熱點(diǎn)問(wèn)題之一，也是國(guó)內(nèi)外生態(tài)學(xué)者一直力求攻克的重大科學(xué)問(wèn)題。近日，一項(xiàng)新的研究成果在線(xiàn)發(fā)表在《自然·通訊》上，為這一科學(xué)問(wèn)題提供了新的視點(diǎn)。

干旱對(duì)土壤功能的負(fù)效應(yīng)可能被低估

自2013年以來(lái)，蘭州大學(xué)鄧建明團(tuán)隊(duì)通過(guò)在我國(guó)北方旱區(qū)建立東西橫跨近5000公里直線(xiàn)距離的自然樣帶，連續(xù)進(jìn)行多年野外大規(guī)模調(diào)查取樣。他們收集了2萬(wàn)余份樣品/數(shù)據(jù)，結(jié)合室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)，聯(lián)合英國(guó)曼徹斯特大學(xué)和瑞士蘇黎世大學(xué)，利用二代高通量測(cè)序等技術(shù)，揭示了植物和土壤微生物多樣性對(duì)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(gè)土壤功能，土壤多功能性對(duì)干旱的響應(yīng)更敏感。因此，對(duì)單個(gè)功能或過(guò)程分析的結(jié)果往往會(huì)低估干旱對(duì)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(xiàn)性變化趨勢(shì)，且植物和土壤微生物多樣性與多功能性關(guān)系的相對(duì)強(qiáng)度沿干旱梯度發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

針對(duì)研究中發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)變機(jī)制，研究者提出，生態(tài)系統(tǒng)多功能性的動(dòng)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(jìn)行聯(lián)合調(diào)控;在半干旱與干旱半濕潤(rùn)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(duì)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(cè)植物多樣性與多功能性將呈現(xiàn)較強(qiáng)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?bào)w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(cè)土壤微生物多樣性與多功能性將呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)。

上述科學(xué)假說(shuō)在本研究中得到了很好的野外調(diào)查實(shí)驗(yàn)與室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

更重要的是，研究團(tuán)隊(duì)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(duì)多功能性的調(diào)控機(jī)制在約0.8的干旱水平(即干旱與半干旱氣候的分界線(xiàn))，將由自下而上的調(diào)控模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨隙碌恼{(diào)控模式。

高排放情景下我國(guó)旱區(qū)或?qū)⒋蠓鶖U(kuò)張

研究者對(duì)在未來(lái)中等排放情景(RCP4.5)和高排放情景(RCP8.5)下，我國(guó)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(jìn)行了進(jìn)一步的預(yù)測(cè)。

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(kuò)張高達(dá)28%，擴(kuò)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(duì)在全球變化背景下因地制宜地制定我國(guó)旱區(qū)的生態(tài)管理與保護(hù)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(hù)更應(yīng)優(yōu)先保護(hù)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(hù)該區(qū)域的土壤微生物多樣性如土壤結(jié)皮則極為重要。

轉(zhuǎn)自人民網(wǎng)