中国农业大学资环学院刘云慧教授团队揭示农业景观自然/半自然生境对氮沉降增加导致的生物多样性丧失具有缓解作用

近日，中国农业大学资源与环境学院刘云慧教授团队博士研究生范顺祥以第一作者在“自然指数”（Nature Index）期刊 PLOS Biology 发表研究论文《自然/半自然生境缓解氮沉降引起的节肢动物多样性丧失》（Arthropod biodiversity loss from nitrogen deposition is buffered by natural and semi-natural habitats），揭示氮沉降增加对节肢动物多样性负面影响以及自然半自然生境对此的缓解作用。

氮沉降会强烈地改变生物地球化学循环和营养相互作用，进而影响植物多样性和改变全球生态系统功能。节肢动物作为陆生动物中物种最丰富的分类群，在生态系统功能中发挥着关键作用。然而，氮沉降对节肢动物多样性影响的理解仍然有限。通过从全球生物多样性数据库中提取节肢动物数据集，并与全球氮沉降和土地利用和覆盖数据相结合，研究氮沉降如何影响不同土地利用类型下节肢动物的多样性，并进一步探究自然和半自然栖息地（SNH）在缓解由氮沉降增加导致的生物多样性损失方面的潜力。

研究发现氮沉降对节肢动物多样性存在普遍的负面影响。与氮沉降水平低的地区相比，在氮沉降水平高的地区，节肢动物丰富度和丰度均显著降低，但不同土地利用类型下的响应有所不同：氮沉降在人类干扰较弱的原生植被和次生植被地区对节肢动物多样性的影响显著高于人类干扰强度高的农业景观（农田，牧场和人工林）（原文图2）。此外，还原态氮沉降（主要来源于农业肥料和动物粪便）对节肢动物多样性的负面影响要高于氧化氮沉降（主要由高温过程产生，包括工业过程和化石燃料燃烧）。这意味着通过改变农业活动和肥料施用方式等措施以减少氮沉降，尤其是减少还原氮沉降对节肢动物多样性的负效应更为重要。

原文图2. 节肢动物物种丰富度 (a) 和总丰度 (b) 对氮沉降和土地利用相互作用的响应。Y轴数值表示与总氮沉降第 2.5 百分位数的原生植被样地相比的百分比差异。不同颜色的线代表每种土地利用类型的中位数预测值，阴影区域代表 95% 的置信区间。结果在每种土地利用类型的氮沉降值的95%范围内进行预测。用于绘制图片的氮沉降范围覆盖了模型中所有土地利用类型的第2.5至第97.5百分位数的采样位置的数值范围：109.4 至 2491.6 mg N m-2 yr-1。

研究同时发现，随着周围景观中自然半自然生境覆盖面积的增加，氮沉降的增加对节肢动物丰富度和丰度的负面影响明显减弱（原文图3）。除了农田，在所有土地利用类型中都观察到了自然/半自然生境覆盖面积增加对氮沉降对节肢动物多样性负效应的缓冲作用。但是，半自然生境的这种缓冲作用同样因土地利用类型而异。自然/半自然生境在原生植被（原文图3a）和次生植被（原文图3b）景观中的缓冲效应强于牧场（原文图3d）和人工林（原文图3e）。在农田中，仅在自然/半自然生境比例高、氮沉降水平低的地点景观中的高自然/半自然生境占比显现出缓冲效应（原文图3c）。

原文图3.自然/半自然生境和氮沉降对不同土地利用类型下节肢动物物种丰富度 (A) 和总丰度 (B) 的交互影响。Y轴数值表示与原生植被相比的百分比差异，其中总氮沉降为第2.5百分位数值且周围景观中自然/半自然生境的占比为100%。不同颜色的线代表周围景观中不同百分比自然/半自然生境的中位数预测值，阴影区域代表95%的置信区间。

由于氮沉降在全球范围内仍在升高，节肢动物多样性面临的威胁也将加剧。而耕地扩张导致自然/半自然生境的减少将可能加剧节肢动物多样性显著下降。研究强调重视氮沉降对生物多样性不利影响及自然/半自然生境对此的缓冲作用，建议在以生产为主的景观中亟需纳入这些氮沉降减少策略，加快推进生态集约化生产并修复和提升农业景观自然/半自然生境。

中国农业大学资源与环境学院刘云慧教授为通讯作者，英国伦敦大学学院的Tim Newbold教授，Jan C Axmacher教授和Charlotte L. Outhwaite博士，西交利物浦大学的邹怡博士，以及中国农业大学宇振荣教授参与了该项研究。该研究工作得到了国家自然科学基金（U24A20412 和41871186）和国家留学基金委项目的资助。