干旱加剧下旱地植物生产力与凋落物分解的失衡及其对碳汇的潜在影响

本研究通过地中海草本植物群落的自然降水梯度实验，揭示干旱加剧导致的地上净初级生产力(ANPP)非线性下降幅度显著大于凋落物分解的规律。创新性发现400mm降水阈值下ANPP急剧降低而分解保持相对稳定，植物功能性状(如低SLA)与高质量凋落物(高N低C/N)分别加剧和缓解干旱效应，为预测气候变化下旱地碳循环失衡提供关键机制。

　　

摘要

气候变化正导致全球旱地干旱化加剧，显著影响生态系统功能并可能降低碳汇能力。研究团队沿以色列自然降水梯度（50-1000mm）选择四个站点，结合多年降水调控实验，系统评估了草本植物群落的地上净初级生产力(ANPP)和凋落物分解对干旱的响应机制。

材料与方法

实验设计涵盖地中海气候区四个站点（干旱、半干旱、地中海和湿润地中海），通过雨棚减雨30%和灌溉增雨30%构建更广降水范围。ANPP采用峰值生物量法连续监测9年，凋落物分解通过原位和移植实验（8-32个月）结合1.1mm网孔 litterbag 法测定。同步分析植物功能性状（株高、比叶面积SLA、叶片N）和凋落物特性（N、C/N、木质素）。

结果

1. 生产力响应：ANPP随降水减少呈非线性下降，干旱区（<400mm）降幅达湿润区的4%，低生长型性状（矮株高、低SLA）加剧干旱效应。
2. 分解动态：分解率在400mm阈值以上与ANPP同步下降，但阈值以下保持较高水平（干旱区分解率为湿润区的43%）。移植实验证实干旱区凋落物因高N(3.09%)、低C/N(13.6)在所有站点分解最快。
3. 性状驱动：干旱区植物叶片N升高但SLA降低，形成高光效-低耗水策略；凋落物木质素/N比(9.2)显著低于湿润区(13.9)，促进微生物降解。

讨论

1. 生产力阈值机制：400mm降水对应干旱指数0.3，是生物-非生物因素主导碳循环的临界点。低于此阈值时，光降解和露水驱动的微生物活动补偿降水不足。
2. 碳汇失衡风险：干旱化将筛选出小型低产植物，其高可溶性凋落物虽加速分解，但ANPP的急剧下降（干旱区仅为湿润区1/25）可能导致长期碳汇减弱。

结论

研究首次量化了旱地ANPP与分解对干旱的差异化响应，揭示植物性状调整与干区特殊分解机制（如光化学降解）的互作效应，为预测气候变化下旱地碳循环转型提供理论框架。