近幾十年來，與化石燃料燃燒和農(nóng)業(yè)施肥相關(guān)的人類活動顯著增加了陸地生態(tài)系統(tǒng)中的氮、磷和其他營養(yǎng)物質(zhì)的輸入。預(yù)計未來幾十年全球氮沉積量將比目前高1-3倍。磷沉降量在過去20年中增加了44.4%，特別是亞洲和歐洲地區(qū)。

盡管氮和磷的添加已被充分證明可以緩解養(yǎng)分限制并提高植被生產(chǎn)力，但越來越多的研究指出養(yǎng)分富集會加劇光競爭，導(dǎo)致植物多樣性持續(xù)喪失并改變植物群落組成，并對地下生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能構(gòu)成嚴(yán)重威脅。然而，目前半干旱草地土壤真菌群落多樣性和網(wǎng)絡(luò)特性對氮和磷添加的響應(yīng)在很大程度上仍屬未知。

基于此，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院科研人員在我國北方半干旱草地進(jìn)行了為期九年的養(yǎng)分添加試驗，探究了氮磷添加對草地土壤真菌群落多樣性、組成、功能群和共生網(wǎng)絡(luò)的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，氮添加顯著降低了真菌多樣性并改變其群落組成，而磷添加則沒有顯著影響（圖1）。網(wǎng)絡(luò)分析表明，氮添加會破壞真菌網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性和穩(wěn)定性，而磷添加則略微增加了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性。此外，氮與磷交互作用表明，磷添加減輕了氮添加對真菌網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性和穩(wěn)定性的負(fù)面影響（圖2）。結(jié)構(gòu)方程模型表明，養(yǎng)分添加直接或間接通過引起植物豐富度喪失和多年生草本生物量增加改變真菌群落結(jié)構(gòu)（圖3）。

本研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了與磷添加相比，氮添加對土壤真菌群落表現(xiàn)出明顯的負(fù)面影響，而且養(yǎng)分沉降背景下植物功能群的變化對于塑造半干旱草地土壤真菌群落結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

該成果以Nutrients addition decreases soil fungal diversity and alters fungal guilds and co-occurrence networks in a semi-arid grassland in northern China為題，發(fā)表于Science of the Total Environment期刊上。

西北研究院博士后楊紅玲為論文第一作者，西北研究院李玉霖研究員和蘇永中研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目，內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大項目和甘肅省自然科學(xué)基金項目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172100

圖1 氮和磷添加對優(yōu)勢真菌類群相對豐度 (a)、真菌 Chao1 豐富度 (b) 和真菌Shannon多樣性 (c) 的影響。 (a)中的黑色和紅色*分別表示氮添加和磷添加的影響。 (b,c) 中的 N、P 和 N × P 顯示了氮添加和磷添加及其交互作用對真菌群落多樣性的影響。

圖2 CK(a)、N添加(b)、P添加(c)和N × P添加(d)處理下的真菌共現(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)。僅顯著相關(guān)（|ρ| > 0.80；P < 0.01）的節(jié)點（屬）被連接（邊）。節(jié)點大小與度成正比。圖中所標(biāo)識的屬代表關(guān)鍵類群。

圖3 結(jié)構(gòu)方程模型描述了氮添加和磷添加對真菌群落結(jié)構(gòu)的直接和間接影響