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草原生态系统在全球碳循环与生物多样性维持中具有关键作用，但在全球变化背景下，地下生产力（根系与土壤过程）是否比地上生产力更“抗扰”、更稳定，长期缺乏全球尺度的定量证据。以往研究多聚焦地上净初级生产力（ANPP）的稳定性，忽视了关键的地下过程，这可能导致对生态系统脆弱性的高估。

针对这一关键科学问题，北京大学城市与环境学院刘鸿雁团队联合国内外合作者，开展全球草原操纵实验的综合分析，系统量化多类全球变化因子对地上/地下生产力、时间稳定性以及地下碳分配（f_BNPP）的影响，并进一步揭示其环境调控机制。研究团队通过系统筛选与数据提取，整合了全球113篇研究、85个草原生态系统、1,513条观测，覆盖营养元素添加、降水变化、升高CO₂、增温、刈割与放牧等九类全球变化驱动因子。

主要研究发现如下：

（1）地下生产力稳定性对全球变化的响应总体更弱，表现出更强的“维持性/抗扰性”

综合结果表明，相比ANPP稳定性在多类驱动下显著下降，BNPP稳定性总体变化幅度更小、响应更不一致，显示地下系统具有更强的缓冲能力。

（2）地上—地下生产力整体“耦合”，但稳定性“解耦”

在全球尺度上，ANPP变化与BNPP变化总体呈正相关，说明生产力响应具有一定协同性；但ANPP稳定性与BNPP稳定性变化的关联弱且多不显著，表明两者稳定性受控机制存在根本差异。

（3）“气候—土壤”分工：地上生产力稳定性更反映气候水分供给，地下生产力稳定性更受土壤背景调控；f_BNPP连接地上—地下

团队进一步发现，ANPP及其稳定性的跨研究差异更紧密地关联于广域气候水分供给指标（降水、干旱度等），而BNPP稳定性则更与土壤水分相关性质与土壤肥力等“土壤背景”因素相关；同时，地下碳分配（f_BNPP）与地上—地下响应协调性的增强及BNPP稳定性的维持一致相关，提示存在潜在的“分配—抗扰”路径。

研究意义

该研究在全球尺度上提出并验证：草原生态系统在全球变化下呈现“生产力耦合、稳定性解耦”的普遍格局——地上稳定性更多折射广域气候波动，地下稳定性更受土壤资源与缓冲能力支撑。这意味着：仅基于地上过程评估草原稳定性，可能会高估生态系统脆弱性；将地下稳定性与碳分配纳入评估，有助于更全面理解草原韧性、改进陆地生态系统模型并为草地管理提供科学依据。

图1. 全球草地群落ANPP（地上净初级生产力）、ANPP稳定性、BNPP（地下净初级生产力）、BNPP稳定性以及f_BNPP（地下净初级生产力分配比例）对不同因素的响应

图2. 不同全球变化驱动因素下草地群落地上与地下生产力及稳定性响应比之间的关系

图3.生物和非生物预测因子在预测草地生产力、稳定性和碳分配中的相对重要性

图4.部分依赖图显示关键环境预测因子对草地生产力、稳定性和碳分配的边际效应

论文信息

上述研究成果以“Decoupled stability of above and belowground productivity across global change drivers”为题，发表于全球变化生态学领域顶级期刊 Global Change Biology。北京大学城市与环境学院博士后张泽为论文第一作者，刘鸿雁教授为通讯作者。合作者包括北京大学城市与环境学院博士生李子栋，博士后漆婧华、李佳梅，北京林业大学林学院教师梁博毅，以及荷兰乌得勒支大学Yann Hautier教授。本研究得到国家自然科学基金联合基金重点项目（U24A20353）与中国科学院战略性先导科技专项（A类）（XDA26020102）资助。

论文链接：https://doi.org/10.1111/gcb.70668