在全球气候变化引发的极端环境事件日益频繁的背景下，草地和森林的稳定性维持机制一直是生态学研究的核心议题。近日，植被结构功能与建造全国重点实验室刘鸿雁教授团队在国际顶级期刊《Global Change Biology》连续发表两项重要研究成果，分别聚焦草地生态系统地上地下生产力稳定性差异，以及树木非结构性碳水化合物与养分的协同抗旱机制，为理解全球变化下生态系统的适应策略以及植被保护与建造提供了新视角。
草地生态系统：地下世界的"稳定器"功能被低估
针对草地稳定性的评估多集中于地上植被的生长变化，却忽视了地下根系、土壤微生物等过程重要作用的现状，刘鸿雁教授团队通过整合全球1513条观测数据，系统分析了氮磷添加、降水变化、升温、放牧等9类全球变化驱动因子的影响。研究发现地下净初级生产力的稳定性对全球变化的响应显著弱于地上净初级生产力。例如，在干旱胁迫下，地上生产力降幅高达29.1%，而地下生产力仅轻微下降3.6%；即使在氮磷添加、升温等扰动下，地下系统的稳定性也能更好地维持。更深入的机制解析显示，地上生产力稳定性主要受区域气候水分供应（如降水、干旱指数）调控，而地下稳定性则与土壤因子密切相关。此外，地下碳分配比例作为关键调控因子，其增加能强化地上地下的协同响应，进一步提升生态系统的抗干扰能力。这一研究表明仅通过地上植被状态评估草地生态系统的脆弱性会显著高估其风险。地下系统通过土壤资源缓冲、根系保守性状、微生物功能冗余等多重机制，构成了草地生态系统的“韧性储备库”。
树木抗旱策略：碳水与养分的"协同密码"
树木如何通过内部物质调配抵御干旱，是生态保护和造林工程关注的重点。团队另一项针对32种树木、459条观测数据的整合分析揭示了树木的抗旱智慧：非结构性碳水化合物（NSCs）与氮（N）、磷（P）的协同作用是树木适应干旱的核心机制之一。研究发现，干旱条件下，树木不同器官呈现差异化的资源分配策略：叶片和根系中氮磷含量下降，而叶片可溶性糖、根系淀粉含量显著增加；根系在淀粉积累过程中优先利用氮素，茎则同时积累氮素和NSCs，形成“根源消耗、茎库储存”的协同模式；磷元素的缓慢响应有助于维持树木抗旱能力。淀粉-氮比（ST/N）在干旱中保持稳定，反映了树木长期适应形成的碳氮协调策略；而可溶性糖-氮比（SS/N）和可溶性糖-磷比（SS/P）显著上升，可作为树木短期干旱响应的灵敏指标。此外，裸子植物（如松柏类）的NSCs-养分比值变化幅度显著大于被子植物，体现了不同植物类群差异化的抗旱策略——裸子植物倾向于快速动员内部储备，而被子植物则采取更保守的资源利用模式。
两项研究均得到国家自然科学基金和重点研发等项目支持，博士后张泽和博士生赫文琦分别为论文第一作者。相关成果具有重要理论和应用价值。对于草地生态系统管理，研究强调应加强对土壤肥力和水分状况的保护，通过合理调控放牧强度、优化碳分配格局提升生态系统韧性；对于森林培育和干旱区造林工程，可基于树木的NSCs-养分协同机制，筛选具有高淀粉储备和高效氮磷利用效率的树种，或通过调控土壤养分状况增强树木抗旱能力。
文章信息：
Global Change Biology
Decoupled Stability of Above‐ and Belowground Productivity Across Global Change Drivers.
Synergetic Responses of Nonstructural Carbohydrates and Nutrients in Different Tree Organs to Drought.
论文链接：
https://doi.org/10.1111/gcb.70668.
https://doi.org/10.1111/gcb.70680.
