全球草地营养添加驱动植物多样性丧失但未导致生物同质化

本研究针对全球草地生态系统中营养富集如何影响植物多样性空间格局这一关键问题，通过NutNet网络72个草地站点的标准化实验，首次系统评估了营养添加对α、γ和β多样性的跨尺度影响。研究发现营养添加虽导致局部和区域尺度植物多样性同步下降，但未引发预期的生物同质化现象，且该模式在14年长期观测中保持稳定。该成果发表于《Nature Communications》，为全球变化背景下生物多样性保护提供了重要理论依据。

　　

草地生态系统正面临日益严重的营养富集威胁。农业施肥和大气沉降导致全球土壤养分可用性显著增加，这种变化如何影响植物多样性的空间分布格局，一直是生态学领域的核心问题。传统观点认为，营养添加会通过筛选耐营养物种导致群落趋同，引发生物同质化——即不同地区群落相似性增加、β多样性降低的现象。然而，这一假说缺乏全球尺度的系统验证，且对跨尺度多样性变化的机制解释尚不明确。

德国综合生物多样性研究中心（iDiv）等机构组成的国际团队，通过NutNet全球实验网络开展了一项开创性研究。该研究在六大洲72个草地站点实施标准化的氮磷钾（NPK）添加实验，采用多尺度观测框架，首次将多样性变化与空间受限种和广布种的数量变化直接关联。研究团队开发了基于Whittaker乘性β多样性分解的新分析框架，通过比较处理组与对照组的α多样性（局部物种丰富度）、γ多样性（区域物种库）和β多样性（群落差异度）对数响应比（LRR），系统评估了营养添加的生态效应。

关键技术方法包括：（1）全球标准化实验设计：在5m×5m样方中实施NPK添加（10g m^-2 yr^-1）与对照处理；（2）多尺度多样性量化：基于1m×1m样方记录物种覆盖度，计算α、γ和β多样性；（3）贝叶斯多层次模型分析：使用brms包评估处理效应；（4）功能群划分：分析原生种/非原生种及不同生活型（草本、禾草、豆科、木本）的响应差异；（5）长期观测验证：部分站点持续监测达14年。

结果与讨论
整体群落的α、γ和β多样性变化
数据分析显示，营养添加导致α多样性（局部尺度）和γ多样性（区域尺度）同步下降，但β多样性变化不显著（Δβ=0.03，95%CI:-0.02-0.08）。这一模式在考虑物种多度的Shannon和Simpson多样性指标中同样成立，表明稀有和常见物种响应一致。尽管24个站点呈现同质化趋势、47个站点显示分化趋势，但所有站点的95%可信区间均包含零值，证实β多样性无显著变化。

物种功能群的差异化响应
原生种比非原生种遭受更严重的多样性损失（α多样性多降10%，γ多样性多降16%）。功能群分析揭示：草本植物α多样性下降最显著（Δβ=0.09），木本植物则呈现弱同质化趋势（Δβ=-0.14），主要源于空间受限种的丧失。禾草和豆科植物的α、γ多样性下降幅度相近，β多样性保持稳定。

研究意义与启示
这项研究颠覆了"营养富集必然导致生物同质化"的传统认知，揭示出更复杂的多样性变化机制。关键发现包括：（1）营养添加对多样性的影响呈现跨尺度一致性，而非预期的尺度依赖性；（2）广布种与受限种同步减少，说明营养富集威胁具有普遍性；（3）长期观测（达14年）证实该模式的稳定性。这些发现对全球变化背景下的生物多样性保护具有重要指导价值，特别是强调需要关注广泛分布的关键物种（往往承担重要生态功能）的保护。研究建立的跨尺度分析框架，为理解其他全球变化因子（如气候变化）的生态效应提供了方法论范例。

该成果由Qingqing Chen、Jonathan M. Chase等来自28个国家的研究者共同完成，凸显国际合作在解决全球性生态问题中的重要性。未来研究可进一步整合物种地理分布范围数据，在景观尺度验证这些发现，并探究长期营养添加对生态系统功能的影响机制。