植物性状调控下的光竞争：富营养化下多样性损失的核心机制

作者：海北站  更新时间：2025-10-13

  富营养化是全球陆地生态系统面临的关键环境问题之一。氮、磷沉降(或化肥施用)的增加虽显著促进了植物生产力，却普遍伴随着物种多样性的下降，且其内在机制在学界尚存争议。传统观点认为，养分富集常通过改变土壤性质(如酸化或金属离子毒害效应)或减少资源维度(如降低资源异质性)而引发物种丧失。然而新近实验证据表明，养分富集引起的光限制可能在多样性下降中作用更为关键，但这一假说仍缺乏直接证据支持。

  为了验证上述假说，兰州大学贺金生团队依托青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站建立了施肥和光照控制试验平台，基于三年野外控制实验(2021–2023)，首次在自然草地生态系统中同时操控氮、磷与光照三种关键资源，系统检验了富营养化下光限制对植物群落多样性变化的影响机制。

  结果表明补光处理在不同养分添加情境下均能显著恢复物种多样性，但其具体作用途径存异：1.在氮添加条件下，补光主要通过促进物种获得(colonization)来恢复多样性；2.在磷添加条件下，补光则主要通过降低物种损失(extinction)来维持多样性；3.在氮磷共添加条件下，补光同时促进物种获得并减少损失来恢复多样性。功能性状分析进一步揭示：这些响应均主要由资源获取型物种(即具有高比叶面积和低叶干物质含量)驱动，表明性状介导的光竞争是富营养化导致多样性下降的关键生态学过程。相较之下，土壤酸化、有毒金属离子积累及生态位维度减少等假说未得到支持。

  本研究为“光限制假说”提供了直接的野外实验证据，强调了光资源在维持富营养化生态系统多样性中的核心作用。研究同时指出，通过增强冠层下光照(如合理放牧或季节性刈割)等管理措施，有望在富营养化背景下缓解植物多样性损失，促进生态系统的可持续稳定。

图 1. 实验设计

图 2. 各处理对物种丰富度及物种获得与损失的影响

图 3. 富营养化下损失物种的性状特征

图 4. 补光下多获得及少损失物种的性状特征

图 5. 物种丰富度的关键预测因子