我院万师强教授团队发表系列文章揭示陆地生态系统
对全球变化的响应机制
工业革命以来，人类活动加剧驱动的全球变化极大地影响了陆地生态系统碳循环过程。气候变暖和大气氮沉降增加作为全球变化的主要驱动因子，显著改变了陆地生态系统的结构与功能，但二者的交互作用对土壤碳释放的影响研究仍十分匮乏，这对准确预测气候变化—陆地碳反馈提出了较大挑战。基于此，万师强教授团队以蒙古高原半干旱草地为研究对象，通过一项5年(2006-2010年)的野外控制实验，探究了全天增温和氮添加对土壤呼吸的影响及其潜在机制。结果显示，全天增温不影响该草地土壤呼吸。然而，氮添加通过降低植物群落中非禾本科杂类草生物量比值进而降低土壤呼吸3.7%。全天增温与氮添加的交互作用显著降低了土壤呼吸，土壤湿度和群落中豆科植物生物量占比的变化可能是全天增温和氮添加对土壤呼吸产生非加和效应的主要原因。同时，本研究发现氮添加会导致增温-土壤碳释放的正反馈转变为负反馈，使得增温情景下土壤碳损失量降低。地球系统模型如果能将本研究中的发现考虑在内，将在一定程度上降低模型预测陆地碳汇和全球碳循环中的不确定性。以上成果以“Plant functional types regulate non-additive responses of soil respiration to 5-year warming and nitrogen addition in a semi-arid grassland”为题发表于生态学国际主流期刊《Functional Ecology》（中科院JCR一区Top）。生命科学学院青年教师宋健博士为该论文的第一作者，万师强教授为通讯作者，河北大学为本文第一单位和通讯单位。
图1. 增温与氮添加对土壤呼吸的交互影响及其潜在机制。
植被生产力和生长季末期植被向土壤输入的凋落物量的变化会改变土壤微环境条件、植物种子萌发、物种丰富度和群落组成等，进而影响生态系统碳循环过程。以往关于凋落物对碳循环过程的影响大多集中于土壤碳通量及土壤碳库等方面，关于凋落物输入量的改变如何调控生态系统水平的碳收支及其作用机理仍未知。万师强教授团队基于自2005年建立于中国内蒙古典型半干旱草地的长期凋落物控制实验，通过2011-2017年间连续观测数据，探讨植物地上凋落物输入量的变化对生态系统碳收支的影响及其内在作用机理。结果表明，凋落物去除使到达土壤表面的光合有效辐射提高31%，凋落物添加使之降低26.5%。凋落物去除提高豆科植物物种丰富度，凋落物添加提高禾草而降低杂类草物种丰富度。凋落物去除和添加均提高总生态系统生产力，前者通过提高光合有效辐射和豆科物种丰富度，而后者则通过改变物种组成，提高光合作用更强的禾草所占比重。7年的凋落物添加实验处理对净生态系统生产力无影响，但凋落物去除使之提高了23.9%。本研究揭示了在未来全球变化情景下，若植物生产力增加，其所导致的植物地上凋落物量的增加未必会提高草地生态系统碳汇。相反，草地经营管理中适当地凋落物去除可能会是提高草地生态系统碳汇的有效措施之一。以上成果以“Long-term litter removal rather than litter addition enhances ecosystem carbon sequestration in a temperate steppe”为题在线发表于《Functional Ecology》（中科院JCR一区Top）。生命科学学院青年教师王静博士为该论文的第一作者，万师强教授为通讯作者，河北大学为本文第一单位和通讯单位。
图2. 温带草地凋落物添加和去除对净生态系统生产力的影响及其潜在机理。
林下植被和凋落物在维持森林生态系统结构和功能等方面发挥着重要作用。但由于二者对种子萌发和植被演替的抑制作用，以及森林防火的需要，林下植被和凋落物经常会被人为清除以促进森林的自然更新。然而，目前关于林下植被和凋落物去除对森林土壤地下生态过程的影响研究仍较为缺乏。万师强教授团队以位于亚热带-暖温带气候过渡带的针阔混交林为研究对象，通过一项为期3年(2016-2018年)的野外控制实验，探究了林下植被和凋落物去除对森林土壤微生物群落的影响。结果表明，凋落物去除使土壤总微生物生物量降低了11.2%，细菌和放线菌生物量分别降低了16.3%和11.0%，林下植被去除导致微生物总生物量、细菌和放线菌生物量分别降低了10.1%、13.3%和12.5%。林下植被和凋落物去除均显著降低了土壤微生物互作网络的复杂性。相较于林下植被去除，凋落物去除对土壤微生物群落中占据主要组分的细菌（包括革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌）的生物量和群落组成的影响更大，这主要是由于凋落物去除对土壤NH4+-N和水分的抑制作用造成的。该研究揭示了森林土壤微生物群落对林下植被和凋落物去除的不同响应，并有助于理解这两种管理措施对气候过渡带森林地下生态环境的影响效应。以上成果已以“Litter removal exerts greater effects on soil microbial community than understory removal in a subtropical-warm temperate climate transitional forest”为题被《Forest Ecology and Management》（中科院JCR一区Top）接收。生命科学学院青年教师冯佳胤博士为该论文的第一作者，万师强教授为通讯作者，河北大学为本文第一单位和通讯单位。
近年来，万师强教授团队围绕陆地生态系统碳循环对气候变化响应及其反馈等方面，相继在Nature Geoscience、Nature Ecology & Evolution、Ecology Letters、Global Change Biology、Functional Ecology、New Phytologist等国际顶级及主流期刊上发表论文150余篇。万师强教授目前H指数54，连续7年(2014-2020)入选“爱思唯尔(Elsevier)”环境科学领域“中国高被引学者”，并入选全球前2%顶尖科学家榜单和全球千名气候变化研究领域高影响科学家名单，显著提升了中国生态学的国际影响力（全球变化生态学实验室网站链接：http://gcb.hbu.cn/）。
References：
Song, J., J. Xia, D. Hui, M. Zheng, J. Wang, J. Ru, H. Wang, Q. Zhang, C. Yang, and S. Wan*. 2021. Plant functional types regulate non-additive responses of soil respiration to 5-year warming and nitrogen addition in a semi-arid grassland. Functional Ecology 35:2593-2603.
Wang, J., A. Zhang, Y. Zheng, J. Song, J. Ru, M. Zheng, D. Hui, and S. Wan*. 2021. Long-term litter removal rather than litter addition enhances ecosystem carbon sequestration in a temperate steppe. Functional Ecology, https://doi.org/10.1111/1365-2435.13920.
Feng, J., Z. Li, Y. Hao, J. Wang, J. Ru, J. Song, and S. Wan*. Litter removal exerts greater effects on soil microbial community than understory removal in a subtropical-warm temperate climate transitional forest. Forest Ecology and Management, accepted.
