中国干旱区草地植被生物量随干旱度突变的驱动机制解析

针对全球变暖背景下干旱区植被生物量突变机制不明的问题，研究人员通过生态系统多属性网络分析，揭示了干旱指数1-AI≈0.76阈值下植物性状（叶面积、株高）与土壤磷(P)/水分协同驱动的生物量突变机制，为预测气候变化下生态系统功能转变提供关键理论依据。

　　

随着全球气候变暖加剧，干旱区生态系统正经历前所未有的植被动态突变。这些突变不仅威胁着占全球38%人口的生存环境，更可能引发生态系统功能的连锁崩溃。然而，由于稀疏植被区遥感监测精度不足，以及水分-养分互作机制的复杂性，科学家们长期难以破解干旱梯度上植被生物量突变的"黑箱"之谜。

中国作为全球干旱区面积最大的国家之一，其内蒙古草原的生态安全关乎区域可持续发展。为此，中国科学院等机构的研究团队开展了一项突破性研究。他们沿干旱梯度设置40个观测点，通过系统测量植物功能性状（如叶面积、株高）、土壤磷(P)含量及水分动态，结合生态网络分析技术，首次捕捉到干旱指数1-AI≈0.76这一关键生态阈值。相关成果发表在《Ecological Frontiers》上，为全球干旱区生态预警提供了科学范式。

研究采用多尺度技术路线：在内蒙古草原典型样带建立40个野外监测点，同步采集植被（生物量、功能性状、物种丰富度）和土壤（水分、有效磷）参数；运用阈值检测算法识别生态突变点；通过结构方程模型解析驱动因子贡献度；最后采用网络中心性分析揭示生态系统属性耦合强度。

研究结果揭示：

1. 植被生物量与功能性状的干旱阈值
   在1-AI≈0.76阈值处，植物株高和叶面积发生协同突变，导致地上生物量骤降85%。物种丰富度同步锐减，形成"性状-多样性-生物量"的级联崩溃模式。

2. 养分-水分限制的相变效应
   阈值两侧呈现相反的磷-生物量关系：阈值前为正相关(r=0.68)，阈值后转为负相关(r=-0.72)。土壤含水量则通过调控碳分配策略，使地上/地下生物量比从1.2突降至0.4。

3. 生态网络紧密度剧变
   网络分析显示，阈值后生态系统属性间连接度增加47%，其中叶面积中心性提升3.2倍，表明干旱胁迫下植物性状成为调控网络稳定的核心节点。

这项研究开创性地证实：干旱区生态突变本质上是"环境压力-植物性状-生物量分配"三位一体的相变过程。当干旱突破1-AI≈0.76阈值时，土壤磷从营养源转为胁迫因子，而水分重分配触发植物"保根弃叶"策略，最终通过性状网络引发系统级联响应。该发现不仅为全球变化生态学提供了新的阈值理论框架，更指导了干旱区生态恢复应重点关注磷循环调控与水分利用效率的协同提升。研究建立的"性状-网络-功能"分析范式，为预测其他生物群落的临界转变提供了普适性方法。