多重靶向干预:修复草原生态系统多功能性的新钥匙

【字体: 时间:2025年04月29日 来源:Nature Communications 14.7

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  草原生态系统服务面临退化,提升其多功能性(ESM)困难重重。研究人员通过长期多因素实验,发现单一干预常致服务间权衡,而增加干预数量可提升 ESM。这为退化草原修复提供新策略,对生态恢复意义重大。

  在广袤的地球上,草原宛如一片绿色的海洋,它不仅是地球上最大的陆地生物群落,还滋养着超过 10 亿人的生活。草原的价值远不止于此,它像一位默默奉献的守护者,提供着多种多样的生态系统服务,比如在碳固存方面,它能像一个巨大的 “碳库”,吸收并储存二氧化碳,减缓气候变化的步伐;在维持土壤肥力上,它让土壤保持肥沃,为植物生长提供充足的养分;它还是传粉昆虫的乐园,促进着植物的繁衍;同时,草原那广袤无垠的美景,也给人们带来了无尽的审美享受。
然而,如今的草原正遭受着前所未有的危机。气候的变化、过度的放牧以及合成肥料的大量使用,就像一场场无情的灾难,让草原逐渐失去往日的生机,开始大面积退化。这直接导致了许多关键生态系统服务的减少,就好比一座大厦的基石松动,整个生态系统的稳定和功能都受到了严重威胁。

为了解决这些问题,让草原重新焕发生机,来自英国和美国多所高校(包括英国曼彻斯特大学、兰卡斯特大学,美国耶鲁大学等)的研究人员展开了一项至关重要的研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上,为我们带来了新的希望。

研究人员采用了长期多因素实验的方法。他们在英国北部一片物种匮乏、经过农业改良的草原上,从 1989 年开始设立了实验场地。这个实验包含了四种有针对性的草原修复处理措施的所有组合,分别是添加农家肥、少量无机肥料、混合种子以及促进固氮豆科植物红三叶草(Trifolium pratense)生长,通过这样的设计形成了从 0(即对照组)到最多 4 种干预的梯度。在 2011 - 2014 年期间,他们对 26 种生态系统服务指标进行了测量,这些指标涵盖了多个方面,像牧草生产、碳储存与固存、植物多样性保护价值、传粉服务、土壤养分和物理稳定性维持、水质调节以及审美价值等。

研究结果令人眼前一亮。首先,在草原管理和生态系统服务之间的权衡方面,没有一种单一的修复处理措施能够促进所有的生态系统服务。比如,添加农家肥虽然能增加牧草产量、碳储量和土壤肥力,提升审美价值,但却会对土壤团聚体稳定性产生负面影响;无机肥料的添加能让牧草产量、植被碳储量、传粉服务和审美价值受益,可植物多样性却会因此减少;混合种子的添加能增加植物多样性和传粉,但对其他生态系统服务,如牧草生产或碳储量,并没有明显的促进作用;红三叶草的播种能提高牧草质量、植物多样性、花的数量和土壤氮含量。

其次,在多重靶向干预促进生态系统服务多功能性上,研究发现生态系统服务多功能性(ESM)会随着修复干预数量的增加而提升。不同的生态系统服务指标对干预数量的增加大多呈现出积极的响应,当纳入更多生态系统服务来评估 ESM 时,这种正相关关系更加明显。而且,反映不同管理目标的多功能性指数与干预数量也呈现出一致的正相关关系,通常在使用全部四种修复干预时,多功能性达到峰值。不过,在以自然保护为优先的多功能性方面,当使用添加农家肥和混合种子这两种特定干预时,能观察到最高值。此外,研究还表明,增加干预数量能减少不同生态系统服务之间的权衡,同时促进多种生态系统服务的提供。

从这项研究中可以得出结论,单一的修复管理干预虽然能在一定程度上增强部分生态系统服务,但会带来服务之间的权衡,对整体的生态系统服务多功能性提升有限。而增加修复干预的数量则可以减少这些权衡,增强草原的生态系统多功能性。这意味着,使用多种修复干预而不是单一干预,是一种长期有效的增强草原生态系统服务多功能性的工具,能够满足多种修复目标。

研究人员表示,这项研究为草原修复提供了一种组合策略,并且这种策略有可能应用到其他生态系统的管理中,帮助实现多种生态系统服务的同时提供。不过,研究也指出,干预措施的选择要谨慎,不同的组合会产生不同的结果,需要根据生态环境和管理目标进行优化,同时还要考虑到实施这些干预措施的成本。此外,未来的研究还需要进一步探索更多干预措施的潜在益处,在更大的空间尺度上研究不同修复方法的组合对生态系统服务多功能性的影响,更全面地观测和量化生态系统服务多功能性,包括考虑温室气体平衡、环境足迹等方面,以及研究其稳定性和可持续性。

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