近日，植被结构功能与建造全国重点实验室苏豪杰课题组，在《Global Change Biology》、《Environmental Science & Technology》和《Functional Ecology》上发表系列论文，系统揭示了全球变化对水生态系统功能和稳定性的影响。
研究进展一：揭示了全球变暖加剧水生生态系统中氮相对于磷的限制。
该研究通过整合全球510个点位的养分富集实验数据，并结合来自3,403个湖泊和13,032个海洋站点的水化学数据，首次从多营养级角度系统证实，全球变暖正在加剧水生生态系统中氮（N）相对于磷（P）的限制性格局。研究进一步揭示，变暖会放大初级生产者对养分增加的响应，但这种效应在高营养级显著减弱，预示着未来气候变暖可能导致能量在食物网中传递受阻，引发生态系统结构和功能的不稳定。
图1全球变暖加剧水生生态系统中氮相对于磷的限制
在淡水与海洋生态系统中，氮和磷的有效性是调控初级生产力和食物网结构的关键因子。然而，全球变暖如何影响不同营养级生物对养分的响应模式，以及如何改变氮磷的相对限制格局，长期以来缺乏系统性的定量评估。针对这一科学问题，研究团队采用多层次整合分析方法，涵盖浮游植物、浮游动物、大型植物、附生藻类、细菌和底栖动物六个生物类群，构建了迄今最为全面的水生生态系统养分富集实验数据库。研究发现，初级生产者对养分富集的响应最为强烈，尤其是氮磷协同添加条件下效应最为显著，而该效应在更高营养级中减弱。升温显著放大了初级生产者生长对养分添加的响应，但未对消费者和分解者产生类似影响，表明气候变暖可能加剧初级生产者与高营养级需求之间的解耦，进而对生态系统稳定性产生影响。
研究还揭示了全球变暖加剧了氮相对限制的全球格局。无论是淡水还是海洋系统，初级生产者对氮的相对需求（与磷相比）随温度升高和纬度降低而增强。这一模式得到了全球观测数据的支持：无论是湖泊的总氮总磷比，还是海洋的溶解无机氮磷比，均随水温升高而显著下降，表明在更温暖的水体中，氮相对于磷更为稀缺。
该研究通过荟萃分析与观测证据，证明了气候变暖正在从根本上重塑全球水生生态系统的养分限制格局，驱动其整体向更强的氮限制转变。同时，变暖对养分富集响应的放大效应主要局限于初级生产者，揭示了未来更暖世界可能出现的营养级间能量流动解耦风险，凸显了将气候预测整合到富营养化管理框架中的紧迫性。
研究进展二：揭示了生物多样性丧失是生态系统多功能性抵抗力下降的主要驱动因素。
该研究通过全球140项实验的荟萃分析，系统评估了多种全球变化因子对生态系统多功能性（即生态系统同时提供多种功能的能力）及其抵抗力的影响（图2）。研究发现，在物种入侵、养分富集、气候变化、化学污染、放牧等诸多因子中，生物多样性变化（增加或丧失）对多功能性的影响强度最为突出。这凸显了生物多样性作为生态系统功能“保险”的不可替代性。此外，研究发现生态系统多功能性的抵抗力随胁迫因子数量的增加而显著下降；抵抗力随实验持续时间延长而减弱，并随纬度降低而降低。这表明亚热带地区对全球变化最为敏感，且长期胁迫会对生态系统抵抗力产生累积削弱效应。
该研究还发现，仅关注单一生态系统组分（如只评估土壤）可能会因植物与土壤生物响应的不一致而严重低估系统整体风险。这呼吁在评估和管理中必须采用整体生态系统视角。
图2全球变化对生态系统多功能性抗性的影响
研究进展三：生产者多样性可能间接降低消费者在多重压力下的稳定性，挑战了“多样性增加能普遍稳定生态系统”这一简单预期。
通过玫瑰园实验基地开展为期6个月的中宇宙控制实验，研究发现：1）生产者和消费者多样性均能提升各自营养级的资源利用效率，而生产者多样性提高会降低消费者的资源利用效率。2）消费者的高资源利用效率会增大营养级间的异步性，而生产者的高资源利用效率则会减小异步性。3）营养级异步性会稳定生产者群落和整个食物网，但会使消费者群落不稳定（图3）。对消费者而言，与食物资源在时间上的“错配”增加了食物短缺的风险，导致其种群波动加剧；而对生产者和整体食物网而言，这种“错配”可能削弱了强烈的捕食压力，反而有助于维持稳定。这项研究通过突出资源利用效率与营养级异步性在现实环境变化情景下的中介作用，为生物多样性与生态系统稳定性关系提供了新的见解。
图3多重压力源下生物多样性对态系统功能和稳定性影响的概念框架
上述研究成果得到了国家自然科学基金项目（32371644）、教育部基础学科和交叉学科突破计划（JYB2025XDXM904）和云南省基础研究计划-面上项目（202501AT070220）等的支持。
相关论文详细信息如下：
Zhong, M., P. Xie, Y. Feng, W. Han, E. Du, D. Tian, R. Ma, Y. Wang, Z. Jian, J. Chen, Q. Rao, S. Sun, H. Wang, E. Jeppesen, and H. Su. 2026. Global Warming Amplifies Nitrogen Over Phosphorus Limitation in Aquatic Ecosystems: A Multi-Trophic Meta-Analysis. Global change biology 32:e70832.
Rao, Q., H. Su, H. Li, S. Sun, J. Chen, W. Xia, C. Cheng, X. Rao, J. Liu, J. Chen, and P. Xie. 2026. Global Patterns of Ecosystem Multifunctionality Resistance under Global Change. Environmental Science & Technology 60:8531-8541.
Cheng, C., H. Su, Y. Qin, Y. Peng, Q. Rao, S. Sun, R. Li, Z. Jian, M. Zhong, Y. Wang, Y. Wang, J. Chen, J. Chen, and P. Xie. 2026. Contrasting effects of producer and consumer resource use efficiency on trophic asynchrony and stability of food web under multiple stressors. Functional Ecology. https://doi.org/10.1111/1365-2435.70300
