北大西洋涛动通过降水或温度来调节长期的净初级生产力（ANPP）动态，这一过程会受到土壤养分水平的影响

《Agricultural and Forest Meteorology》：North Atlantic Oscillation modulates long-term ANPP dynamics via precipitation or temperature, depending on soil nutrient levels

长期施肥对北大西洋振荡（NAO）驱动温带草地ANPP的影响机制研究。采用结构方程模型分析Park Grass实验1950-2018年数据，发现低营养条件下NAO通过春季降水显著影响ANPP（R2=0.38），而高营养条件下NAO作用转向温度调控（R2=0.17），并伴随ANPP稳定性提升与物种组成改变。

　　全球气候变化与生态系统功能之间的关系一直是生态学研究的重要议题。在这一背景下，北半球大西洋振荡（North Atlantic Oscillation, NAO）作为影响欧洲冬季和春季降水及温度变化的主要大气模式，其作用机制尤为关键。NAO是一种通过大西洋上空的气压差异形成的气候现象，通常与亚热带高压（如亚速尔高压）和副极地低压（如冰岛低压）的相互作用有关。其正相位通常带来欧洲北部地区气温和降水的增加，而负相位则可能导致这些地区的气温和降水减少。这种全球性的气候信号如何与局部生态系统的生产力变化相互作用，尤其是在长期人工干预如施肥的条件下，是本研究试图揭示的核心问题。

在欧洲的温带草地生态系统中，NAO对降水和温度的影响尤为显著，而这些变量又直接决定了地上净初级生产力（Aboveground Net Primary Production, ANPP）。ANPP作为生态系统功能的综合指标，不仅反映了植被的生长状况，还与多种生态系统服务密切相关。因此，理解NAO如何通过降水和温度的中介作用影响ANPP，有助于更准确地预测生态系统对全球气候变化的响应。然而，随着人类活动的加剧，特别是长期的氮肥施加，这些自然气候信号可能被削弱或改变。施肥不仅增加了土壤中的养分含量，还可能改变植被的组成和稳定性，从而影响其对气候变化的敏感性。

本研究基于“Park Grass”实验，这是全球最长的生态实验之一，始于1856年，旨在探索不同施肥条件下草地生产力的变化。研究选取了16个子地块，其中8个为高营养添加组，8个为低营养添加组，涵盖了从1950年至2018年的数据。通过结构方程模型（Structural Equation Model, SEM）分析，研究者揭示了NAO对ANPP的影响路径随施肥水平的变化而变化。在低营养添加条件下，NAO对ANPP的影响主要通过降水，而高营养添加条件下，NAO的影响则通过4月降水和5月温度。这种差异表明，长期施肥可能会改变生态系统对气候信号的响应机制，使其从降水驱动型转变为温度驱动型。

研究结果进一步指出，长期施肥对ANPP稳定性的影响显著。在高营养添加条件下，ANPP的稳定性更高，这与较低的降水使用效率（Precipitation Use Efficiency, PUE）和较高的物种多样性相悖。尽管高营养添加的草地表现出较低的物种多样性，但其生产力的稳定性却高于低营养添加的草地。这一现象可能与植物群落结构的变化有关，例如，高营养添加的草地更倾向于由快速生长的草本植物主导，这些植物对降水变化的依赖性较低，从而在一定程度上降低了生产力的波动性。相比之下，低营养添加的草地由于资源限制，更依赖于降水的季节性变化，导致其生产力的稳定性较低。

此外，研究还发现，长期施肥对ANPP的相对效应（Relative Effect, FRE）在不同降水水平下存在显著差异。在年降水量较低的情况下，施肥对ANPP的影响更为显著，而在年降水量较高的情况下，这种影响则有所减弱。这一结果表明，施肥的效果并非在所有条件下都一致，而是受到降水变化的调节。这种复杂的相互作用提示我们，在制定农业政策或生态管理措施时，需要综合考虑气候和人为干预的双重影响，以实现生态系统的可持续发展。

研究还强调了长期实验数据的重要性。由于遥感技术（Remote Sensing, RS）在监测ANPP方面的局限性，例如其时间序列较短，无法与NAO的75年历史数据相匹配，因此依赖长期现场实验数据对于揭示生态系统对全球气候模式的响应机制至关重要。本研究利用“Park Grass”实验的长期数据，不仅提供了关于NAO与ANPP关系的新见解，还为理解全球气候模式如何通过局部气候变量影响生态系统功能提供了实证依据。

在讨论部分，研究者指出，长期施肥可能通过改变植物群落的结构和功能特性，间接影响其对气候信号的响应。例如，施肥可能促进某些植物种类的生长，从而改变整个群落的资源利用策略。这种改变可能使生态系统对降水和温度的敏感性降低，因为施肥条件下，植物的生长可能不再受到季节性降水变化的显著限制。然而，这一过程并非完全线性，而是受到多种因素的调控，包括植物与微生物的相互作用、土壤养分循环的动态变化以及植物对环境胁迫的适应能力。

研究还提到，全球气候变化背景下，极端天气事件的频率和强度增加，这可能对生态系统的稳定性构成新的挑战。因此，理解长期施肥如何改变生态系统对气候变化的响应路径，对于预测未来生态系统的生产力变化和制定适应性管理策略具有重要意义。例如，在某些地区，由于经济或环境因素，施肥的使用正在减少，这种变化可能会导致生态系统对NAO信号的敏感性增加，从而影响其生产力的稳定性。

此外，研究者指出，尽管“Park Grass”实验提供了丰富的数据支持，但其结果仍存在一定的局限性。首先，由于数据的观测性质，其在长期预测中的适用性受到限制。其次，ANPP的变异性可能不仅由气候因素（如降水和温度）决定，还受到生物因素（如植食性动物的活动）的影响。因此，在解释ANPP的变化时，需要综合考虑气候和生物因素的相互作用。

最后，研究结论强调了NAO作为全球气候模式对局部生态系统功能的影响路径。在“Park Grass”实验中，NAO对ANPP的影响在低营养添加条件下主要通过降水，而在高营养添加条件下则通过温度和降水共同作用。这一发现不仅深化了我们对全球气候模式与生态系统功能关系的理解，还为农业管理和生态保护提供了新的视角。研究者建议，在未来的农业实践中，应更加关注施肥的时间和方式，以优化生产力并减少对生态系统的负面影响。特别是在降水条件不佳的年份，高营养添加可能更有效地提升生产力，从而缓解气候变化带来的压力。