从大气中向陆地生态系统输入更多的氮通常会提高生物量产量，减少植物多样性。以往的研究表明，氮富集会降低地上植被和土壤种子库的物种丰富度和丰度（如 α-多样性）。然而，关于氮富集对地上植被 β 多样性（衡量物种组成空间更替的指标）的影响的研究尚未达成共识，一些研究报告了正效应、负效应和中性效应。土壤种子库 β 多样性对氮富集的响应模式更不明确。群落中的不同植物物种对氮富集引起的生物和非生物因素变化有不同的反应。因此，氮富集可能会改变草地生态系统中地面植被和土壤种子库的β多样性。这反过来又会影响从局部（α-多样性）到区域（γ-多样性）层面的多样性。了解地面植被和土壤种子库β多样性的变化，对于检测区域生物多样性的变化以及氮富集下群落组合的基本机制至关重要。

        韩兴国团队利用在中国北方温带草原进行的为期 12 年的多级氮添加实验，探讨了地上植被和土壤种子库的β-多样性对氮富集的响应。提出了以下两个问题：1) 地上植被和土壤种子库的β多样性对氮富集有何响应？作者假设，地上植被和土壤种子库的β-多样性会以不同的速度减少，地上部分的反应要比地下部分强烈得多。2) 地上植被和土壤种子库的β-多样性对氮富集的主要响应机制是什么？作者假设，随着氮添加量的增加，物种替代的减少将主要决定β多样性的降低。作者还预测，地面植被和土壤种子库中β多样性的减少可能主要受决定性过程的影响。

        研究发现，随着氮添加量的增加，地面上的β多样性先增加后减少，而地下的β多样性则呈线性减少。这表明在氮富集条件下，植物群落及其土壤种子库的动态是分离的。随着氮添加量的增加，确定性过程的作用越来越大，物种替代决定了地上和地下 β 多样性的变化。这些影响主要是由地上植被和土壤种子库β多样性对氮引起的环境异质性变化、土壤无机氮浓度增加和土壤酸化的不同反应所驱动的。

   通过对温带草原地上植被和土壤种子库β-多样性对N富集响应的研究，发现群落组装机制的差异导致了N富集对地上植被和土壤种子库β-多样性的不同响应模式。研究结果还揭示了地上植被和土壤种子库对环境变化的不同响应，提示在全球变化和人为干扰下，应同时考虑地上和地下过程，以预测草地生态系统的多功能性变化，并采取有效的适应性管理策略。

上述成果近日发表在生态学期刊Ecology Letters上。中国科学院植物研究所特别研究助理赵明博士为论文第一作者，韩兴国教授和中国科学院东北地理与农业生态研究所张红香研究员为通讯作者，中科院植物所张云海研究员、杨俊杰博士，法国科学院Michel Loreau教授，西班牙 Cádiz大学Raúl Ochoa-Hueso教授，河北大学生命科学学院姜勇教授、校聘研究员刘贺永博士为论文的共同作者。

论文链接：Zhao M, Loreau M, Ochoa HR, Zhang HX, Yang JJ, Zhang YH, Liu HY, Jiang Y, Han* XG. Decoupled responses of above- and below-ground beta-diversity to nitrogen enrichment in a typical steppe. Ecology Letters, 2024, 27: e14339. Doi: 10.1111/ele.14339 (中科院一区, Q1, IF: 8.8, Nature指数期刊)

图1. 两个研究年份(2019年和2020年)重复样地地上植被和土壤种子库的β-多样性(a、b)和β-偏差(c、d)

图2. 研究年(2019年和2020年)N添加量与地上植被(a)和土壤种子库(b)物种替代和丰度差异的关系

图3. 研究年份(2019年和2020年)各增氮处理对地上植被和土壤种子库调控的随机程度

图4. 研究年份(2019年和2020年)土壤环境异质性与N添加量的关系(a)以及解释变量与地上植被β-偏差(b)和土壤种子库(c)之间的分层分区分析

图5. 概述本研究主要发现的示意图。示意图说明了解释变量(土壤物理和化学性质、地上植被和土壤种子库的环境异质性和β-偏差)、物种替代(用蓝线表示)、丰度差异(用紫色线表示)、确定性过程(橙色线表示)和随机过程(红色线表示)在增加N量下调节地上植被和土壤种子库β多样性和β偏差。施氮量的增加改变了地上植被群落聚集和土壤种子库的格局(左图)。随着N添加量的增加，β多样性和β偏差的变化也与主要驱动因素和过程有关(右图)