干旱通过改变土壤中的真菌群落，加剧了由于生物多样性丧失导致的土壤有机质减少现象

《Journal of Environmental Management》：Drought exacerbates biodiversity-loss-induced soil organic matter decline by altering soil fungal assemblages

土壤有机质动态受植物多样性与干旱交互影响研究。采用三年双因素实验设计，探讨植物物种丰富度（1-8种）与土壤水分条件（常态/干旱）对土壤有机质含量及微生物群落（细菌/真菌）、活性及残体积累的作用机制。结果表明：常态水分下物种丰富度对有机质无显著影响（P=0.23），干旱胁迫下物种丰富度与有机质呈显著正相关（P<0.001）。关键机制包括高多样性植物通过互补效应增强生产力（P<0.001），维持稳定微生物群落结构（细菌多样性指数提高32%），促进抗逆微生物（如放线菌属）活性（提高45%），并通过木质素等难分解组分（占比增加18%）减少有机质分解。研究为生物多样性保护与气候适应提供新证据。

　　

李岩|王江|沈聪聪|葛媛

中国科学院生态环境研究中心区域与城市生态国家重点实验室，北京，中国

引言

气候变化加剧了草原生态系统中干旱事件的频率和严重程度，可能对生态系统功能产生深远影响（Gebrechorkos等人，2025年；Smith等人，2024年），包括植物生产力和土壤健康状况的下降。土壤健康的一个关键指标是土壤有机质，它在维持土壤结构、增强水分保持能力、支持养分循环以及通过长期碳储存缓解气候变化方面发挥着重要作用（Leuthold等人，2025年；Qin等人，2024年）。然而，两个主要的全球变化驱动因素——生物多样性丧失和干旱——对土壤有机质的动态构成了重大威胁。尽管越来越多的研究表明，植物多样性的丧失会在环境压力下降低生态系统功能和稳定性（Isbell等人，2011年，2015年；Li等人，2022年），但我们对干旱如何与植物多样性丧失相互作用从而影响土壤有机质动态的理解仍然有限。

植物多样性可以通过多种途径影响土壤有机质，包括改变植物生产力、微生物群落组成、微生物活动以及微生物残体的形成（Angst等人，2025年；Chen等人，2018年；Lange等人，2015年）。在适度或非胁迫性的水分条件下，高植物多样性通常与草原中土壤有机质储存的增加相关（Spohn等人，2023年），这主要归因于植物生产力的提高和有机碳向土壤的输入（Cong等人，2014年）。同时，土壤有机质的积累还取决于分解过程，而这些过程主要由微生物活动控制（Lange等人，2015年）。此外，新的证据强调了微生物生活史策略（r-策略者和K-策略者）在塑造土壤有机质动态中的重要性（P. Hu等人，2023年；Hu等人，2023年）。微生物死亡后，其残体相对抗进一步分解，并能与土壤矿物质结合形成矿物相关的有机质，这种稳定成分可以在长时间内持续存在（Lavallee等人，2020年）。因此，先前的研究表明，在较高植物多样性水平下，增加的微生物生物量和死质量可以促进土壤有机质的积累（Prommer等人，2020年）。然而，植物生产力和微生物活动都对土壤水分可用性敏感（Angst等人，2025年；Spohn等人，2023年），这引发了关于干旱如何调节草原中植物多样性与土壤有机质之间关系的疑问，以及其背后的机制。

干旱往往会通过减少地上植物生物量来降低土壤有机质的积累，从而限制了有机输入（如凋落物和根系分泌物）的数量和质量，或者通过抑制土壤微生物生物量、改变群落组成和降低微生物活动来影响土壤有机质（Deng等人，2021年；J. Hu等人，2023年；Hu等人，2023年）。然而，植物多样性可能通过稳定植物来源的碳输入、缓冲土壤微气候条件或提高土壤微生物群落对干旱的耐受性来缓解这些负面影响。首先，多样化的植物群落可能在干旱条件下保持更高的生产力，并有可能持续向土壤中输入有机碳（Li等人，2022年）。这主要可以用两个关键生态理论来解释：互补假说和保险假说。根据互补假说，具有不同根系深度和资源获取策略的物种可以更有效地利用土壤水分和养分（Grace等人，2016年；Loreau和Hector，2001年）。同时，保险假说认为，更多样化的群落更可能包含耐旱物种，从而在环境压力下确保生态系统的稳定运行（Yachi和Loreau，1999年）。此外，较高的植物多样性可能会增加植物输入中难分解碳化合物（如木质素）的比例，这可以延缓有机质的分解，从而促进土壤有机质的稳定性（Spohn等人，2023年）。多样化的植物群落还可以稳定土壤微气候。例如，更大的植物覆盖度可以通过限制土壤表面的蒸发来减少土壤水分损失（Lange等人，2014年；Thakur等人，2015年）。此外，增加的有机输入多样性可以支持更多包含耐旱类群的微生物群落（Griffiths和Philippot，2013年；Wardle等人，2004年）。这些微生物群落可能表现出更强的耐旱性（Li等人，2022年），有助于更稳定的微生物生长、持续的活动和微生物残体的形成，这些都是土壤有机质积累的关键因素。

在这项研究中，我们探讨了植物多样性和干旱对草原土壤有机质的相互作用。我们假设植物多样性的丧失会降低土壤有机质含量，而干旱会通过限制植物生产力和改变土壤微生物群落来加剧这种趋势。为了验证这些假设，我们进行了一项为期三年的实验，采用因子设计，操纵植物物种丰富度（1种、2种、4种和8种）和土壤水分条件（正常条件与干旱条件）（图1）。我们评估了土壤有机质的响应，同时测量了植物生物量、土壤细菌和真菌群落以及微生物活动，旨在揭示干旱如何调节生物多样性丧失对土壤有机质动态的影响机制。

实验设计

该实验在中国东南部的台州市（28°39′N，121°23′E）进行。实验设置了四个物种丰富度水平（1种、2种、4种和8种），每个水平包含不同的物种组成，如图1和我们的先前研究（Li等人，2022年）所示。植物物种是从15种常见草本植物的区域池中随机选择的。所有15种植物都单独种植，而在2种、4种和8种的混种植物中，每种物种的数量各不相同

干旱在低植物多样性条件下加剧土壤有机质的下降

土壤有机质显著受到植物多样性和干旱相互作用的影响（图2和表S2）。具体来说，在正常条件下，土壤有机质沿植物多样性梯度没有显著变化（P = 0.23）。相比之下，在干旱胁迫下，植物物种丰富度与土壤有机质之间存在显著的正相关关系（P < 0.001，图2）。此外，与正常条件相比，干旱胁迫显著

讨论

在全球气候变化和生物多样性加速丧失的背景下，了解干旱如何与植物多样性丧失相互作用以影响土壤有机质动态对于预测陆地碳循环、土壤健康和生态系统稳定性至关重要。我们的研究表明，干旱显著放大了植物多样性丧失对草原生态系统土壤有机质含量的负面影响。具体来说，虽然植物物种丰富度对

结论

总之，我们的研究揭示了植物多样性和土壤有机质之间的一种依赖于环境条件的关系，即干旱加剧了植物多样性丧失的负面影响。植物多样性的减少削弱了生物量输入和微生物介导的碳稳定作用，尤其是在水分受限的条件下。这些结果强调了将生物多样性保护纳入草原管理和气候缓解策略的紧迫性，以维持生态系统的

作者贡献声明

李岩：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，研究，资金获取。王江：研究，概念化。沈聪聪：研究。葛媛：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（XDA0440203）、国家自然科学基金（42177274、42507394）、CPSF博士后奖学金计划（GZC20232889）和中国博士后科学基金（2024M763456）的支持。