《Nature Communications》：Global nitrogen enrichment impacts plant diversity more than soil bacterial and fungal diversity: a meta-analysis
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本研究针对全球氮富集如何差异化影响植物与土壤生物多样性这一关键问题，通过整合全球458项研究的3816组观测数据开展Meta分析。结果表明，氮添加导致植物物种丰富度和香农指数分别显著降低8.3%和10.3%，而对土壤细菌和真菌多样性的影响微弱（变化幅度<2%）。研究揭示了地上-地下生物群落对氮沉降的响应解耦现象，为制定综合生物多样性保护策略提供了重要科学依据。
随着工业化和农业活动的快速发展，人为氮排放持续增加，全球氮富集已成为影响生态系统的重要环境压力。尽管已有研究关注氮添加对植物或土壤生物多样性的单独影响，但关于植物和土壤生物群落如何差异化响应氮富集，以及这些响应如何随气候带和生态系统类型变化，仍缺乏系统性认识。这种认知空白限制了我们预测陆地生态系统对持续氮富集的响应能力，也阻碍了制定有效的生物多样性保护策略。
为解决这一科学问题，由西北农林科技大学宋宇、孔维博、魏晓荣等领衔的国际研究团队，在《Nature Communications》上发表了题为"Global nitrogen enrichment impacts plant diversity more than soil bacterial and fungal diversity: a meta-analysis"的研究论文。该研究通过整合全球31个国家366个站点的458项氮添加实验数据，包含3816组配对观测值，系统分析了氮富集对植物和土壤生物（细菌、真菌和线虫）多样性的影响及其驱动机制。
研究团队采用了一系列严谨的研究方法。首先通过系统性文献检索和筛选，建立了涵盖多种生态系统类型和气候带的全球数据库。运用Meta分析方法计算标准化效应值，将氮添加效应统一标准化至25 kg N ha-1year-1的添加速率和10年的持续时间，以确保结果可比性。通过混合效应Meta回归分析探讨了氮添加速率、土壤性质变化与生物多样性响应之间的关系。采用结构方程模型和模型选择分析识别影响生物多样性变化的关键驱动因素。同时进行了发表偏倚检验，确保研究结果的可靠性。
结果与讨论
氮富集对土壤性质的影响
氮添加显著提高了土壤总氮、有效氮和有机碳浓度，但降低了土壤pH值，表明氮诱导的土壤酸化现象。这种酸化效应在草地和农田中比森林更强，在温带地区也比寒带和热带地区更明显。铵态氮对土壤酸化的影响比硝态氮更显著。
氮富集对植物多样性的影响
氮富集对植物多样性产生了显著的负面影响。在标准化氮添加条件下，植物物种丰富度平均降低8.3%，香农指数降低10.3%。森林和草地的响应相似，但气候带间存在差异：寒带地区植物多样性下降最显著（丰富度降低19.5%），其次是温带（8.3%）和热带地区（6.3%）。寒带地区更强的负效应可能与氮限制背景下某些速生种竞争优势增强导致的种间竞争加剧有关。
氮富集对土壤生物多样性的影响
与植物相比，土壤生物多样性对氮富集的响应要弱得多。细菌丰富度和香农指数仅分别降低1.9%和0.2%，真菌多样性则无显著变化，线虫香农指数降低2.2%。这种差异可能与土壤微生物对酸性环境的耐受性及其在复杂食物网中的缓冲能力有关。不同生态系统和气候带中，土壤生物对氮添加的响应也存在差异，例如森林中真菌多样性反而有所增加，可能与磷有效性提高有关。
植物与土壤生物多样性响应的差异比较
通过Z检验比较发现，氮富集对植物多样性的负面影响显著强于土壤细菌和真菌。随着氮添加速率的增加，植物多样性的下降斜率也显著陡于土壤生物。这种差异可能源于植物对光竞争的直接敏感性，而土壤生物则通过复杂的营养相互作用和生态位分化表现出更强的抵抗力。
调控氮富集效应的关键因素
Meta回归和结构方程模型分析表明，土壤矿质氮浓度、植物地上生物量和土壤pH变化是调控植物多样性变化的主要因素。对于细菌和线虫多样性，土壤pH是最重要的调控因子，而真菌多样性变化则不受这些因子的显著影响。气候通过调节土壤pH间接影响生物多样性变化。
研究意义与启示
该研究揭示了氮富集对地上和地下生物多样性的不对称影响，强调了植物多样性对氮污染的高度脆弱性。研究结果指出，生物多样性保护策略需要综合考虑减少氮污染、缓解土壤酸化（如通过施用石灰或生物炭）以及重建植物-土壤生物互作关系。特别是在寒带地区，应重点关注氮沉降对植物多样性的强烈负面影响，而在温带地区则需注意土壤生物多样性的保护。
这项研究不仅为理解全球氮富集对生物多样性的影响提供了新视角，也揭示了地上-地下生物群落响应的人为驱动因素差异。研究结果强调，需要采取综合措施来增强植物和土壤群落对氮富集的抵抗力，以维持生态系统健康和功能。未来的研究应重点关注特定功能群（特别是参与氮循环和生态系统功能的类群）的响应，以更好地理解氮-生态系统反馈机制。
研究的局限性主要在于地理分布不均，数据主要集中在氮沉降历史较高的地区（如东亚、欧洲和北美），而南美、非洲和大洋洲等地区的数据缺乏。此外，研究中平均氮添加速率（约100 kg N ha-1year-1）高于当前全球氮沉降速率，因此结论主要适用于高氮富集情景。尽管如此，这项研究仍然是目前全球尺度上理解氮沉降驱动植物和土壤生物多样性变化的最大规模努力。
