长期刈割可以调节温带草原地上和地下净初级生产力对水分和氮添加反应的稳定性

《Functional Ecology》：Long-term mowing regulates the responses of above- and below-ground net primary productivity stability to water and nitrogen addition in a temperate steppe

全球变化（氮沉降、降水增加）与长期刈割共同影响草原生态系统稳定性。研究显示，刈割管理显著改变水分和氮添加对地上（ANPP）和地下（BNPP）净初级生产力稳定性的调控机制：刈割削弱水分对ANPP稳定性的促进（因抑制物种异步性），并使氮添加对ANPP稳定性转为负面影响（加剧物种异步性丧失）；而刈割增强了水分和氮添加对BNPP稳定性的提升（通过提高草类ANPP，减少BNPP标准差）。物种异步性、草类功能群对稳定性贡献及刈割-全球变化交互作用是核心机制。

　　全球变化正在深刻地影响着草地生态系统的结构和功能，其中包括大气氮沉降、降水模式的改变以及人类活动如割草等。这些因素对草地生态系统中地上和地下净初级生产力（ANPP和BNPP）的稳定性具有显著影响，然而，目前对于这些影响机制的研究仍然有限。本研究通过一个持续19年的实验，探讨了氮沉降和降水增加对草地生态系统地上和地下净初级生产力稳定性的影响，以及长期割草管理如何调控这些效应。

草地生态系统是全球变化和人类活动高度敏感的生态系统之一，尤其在干旱和半干旱地区，水资源和氮素的供应常常成为限制植物生长的关键因素。本研究的实验地点位于中国内蒙古的杜伦恢复生态站，该区域具有半干旱大陆性季风气候，年均温约为2.4°C，年均降水量约为376.7毫米。在此基础上，研究人员设置了控制（C）、仅增加降水（+W）、仅增加氮（+N）以及同时增加降水和氮（+WN）四个处理组，并在长期割草和无割草两种管理方式下进行实验。每种处理方式均设有四个重复，共计32个子样方，以确保实验数据的可靠性和代表性。

实验中，割草被安排在每年8月下旬，模拟牧草收割，以维持草地上部生物量的稳定。同时，为了模拟降水增加，研究人员在每年7月至8月期间每周向样方喷洒15毫米的水，相当于该地区年均降水量的30%。氮素则以尿素的形式在每年7月中旬施加，每平方米每年10克。这种长期的模拟实验旨在更全面地理解人类活动和全球变化如何相互作用，进而影响草地生态系统的稳定性。

通过研究发现，长期割草对ANPP和BNPP稳定性的影响具有显著的调控作用。在长期割草条件下，降水增加对ANPP稳定性的正向作用被削弱，原因是降水增加对物种异步性的促进效果被抑制。而氮沉降则对ANPP稳定性产生了从中性到负向的影响，这是因为氮沉降加剧了对物种异步性的负面影响。相比之下，在无割草条件下，降水增加不仅直接提升了ANPP的稳定性，还通过增加物种异步性间接提高了稳定性。氮沉降则主要通过增强草本植物的ANPP来提升BNPP的稳定性。

BNPP的稳定性在长期割草条件下得到了显著增强，这主要是因为长期割草强化了降水和氮沉降对草本植物ANPP的促进作用，从而降低了BNPP的标准差（SD）。而在无割草条件下，降水增加直接提高了BNPP的稳定性，而氮沉降则通过提升草本植物的ANPP间接增强了BNPP的稳定性。这些结果表明，长期割草管理在调节草地生态系统对全球变化和人类活动的响应中扮演着重要角色。

本研究还进一步探讨了物种异步性、物种丰富度、优势种稳定性以及草本植物ANPP等因素对ANPP和BNPP稳定性的影响。结果显示，在长期割草条件下，ANPP稳定性与物种异步性呈显著正相关，而与草本植物ANPP呈负相关。这说明，在长期割草的背景下，物种异步性对ANPP稳定性的影响更为关键。而在无割草条件下，物种异步性对ANPP稳定性的影响更为显著，而BNPP稳定性则主要与草本植物ANPP相关。这表明，草地生态系统的稳定性在不同管理方式下，其驱动因素存在差异。

值得注意的是，尽管物种丰富度和优势种稳定性在长期割草和无割草条件下均受到降水和氮沉降的影响，但它们在调节ANPP稳定性方面的作用并不显著。这可能是由于在长期割草条件下，物种异步性的变化掩盖了物种丰富度和优势种稳定性对ANPP稳定性的影响。此外，研究还指出，由于实验样本量较小（每个处理组仅有四个重复），可能遗漏了一些关键的机制联系，因此需要在未来的研究中进一步验证这些发现。

在讨论部分，研究人员强调了长期割草在调节ANPP和BNPP稳定性中的作用。长期割草不仅抑制了降水和氮沉降对ANPP稳定性的正向作用，还导致氮沉降对ANPP稳定性产生负向影响。这可能是由于长期割草改变了植物之间的竞争关系和资源利用模式，从而影响了物种异步性。同时，长期割草增强了草本植物的再生能力，这可能与植物的繁殖策略和资源储存有关。草本植物通常在地下储存丰富的营养物质，使其在资源受限的情况下仍能维持较高的生产力，从而增强了BNPP的稳定性。

此外，本研究还发现，降水和氮沉降对BNPP稳定性的影响在无割草条件下更为显著。这可能是由于无割草条件下，植物群落的组成和结构更加复杂，物种间的相互作用更加强烈，从而提高了生态系统的稳定性。然而，由于BNPP的测量主要集中在0–30厘米的土壤层，可能忽略了更深层土壤中的根系活动，因此未来的研究需要采用更全面的测量方法，以更准确地评估BNPP的动态变化。

本研究的结论表明，长期割草管理在评估草地生态系统稳定性时必须被纳入考虑。降水和氮沉降对草地生态系统稳定性的影响不仅取决于环境因素，还受到管理方式的显著调控。因此，未来的草地管理策略需要更加注重生态系统的整体稳定性，而不仅仅是单一的生产力指标。同时，随着全球变化的加剧，研究者和管理者应更加关注不同管理方式对草地生态系统稳定性的影响，以制定更科学和可持续的管理措施。

总之，本研究揭示了长期割草如何通过改变植物群落的组成和结构，进而影响草地生态系统的稳定性。在长期割草的背景下，降水和氮沉降对ANPP稳定性的影响可能减弱，而对BNPP稳定性的影响则可能增强。这些发现不仅有助于理解草地生态系统对全球变化的响应机制，也为草地管理提供了新的视角和理论依据。未来的研究应进一步探讨不同管理方式和全球变化因素之间的相互作用，以更好地指导草地生态系统的保护和可持续利用。