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Nitrogen addition delays the emergence of an aridity-induced threshold for plant biomass

National Science Review 2023年第11期10卷 148-159页

作者： Hailing Li César Terrer Miguel Berdugo Fernando T.Maestre Zaichun Zhu Josep Pe?uelas Kailiang Yu Lin Luo Jie-Yu Gong Jian-Sheng Ye State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agro-Ecosystems College of EcologyLanzhou University department of Civil and Environmental Engineering Massachusetts Institute of Technology instituto multidisciplinar para el estudio del medio“Ramón margalef ”Universidad de Alicante Institut de Biologia Evolutiva(CSIC-UPF) departamento de ecología Universidad de Alicante School of Urban Planning and design Peking University Shenzhen Graduate SchoolPeking University CSIC Global Ecology Unit CREAF-CSIC-UAB CREAF Cerdanyola del Vallès High Meadows Environmental Institute Princeton University

Crossing certain aridity thresholds in global drylands can lead to abrupt decays of ecosystem attributes such as plant productivity, potentially causing land degradation and desertification. It is largely unknown,however, whether these thresholds can be altered by other key global change drivers known to affect the water-use efficiency and productivity of vegetation, such as elevated CO2and nitrogen(N). Using >5000 empirical measurements of plant biomass, we showed that crossing an aridity(1–precipitation/potential evapotranspiration) threshold of ～0.50, which marks the transition from dry sub-humid to semi-arid climates, led to abrupt declines in aboveground biomass(AGB) and progressive increases in root:shoot ratios, thus importantly affecting carbon stocks and their distribution. N addition significantly increased AGB and delayed the emergence of its aridity threshold from 0.49 to 0.55(P dex with simulations from multiple models, we found that CO2enrichment did not alter the observed aridity threshold. By 2100, and under the RCP 8.5 scenario, we forecast a 0.3% net increase in the global land area exceeding the aridity threshold detected under a scenario that includes N deposition, in comparison to a 2.9% net increase if the N effect is not considered. Our study thus indicates that N addition could mitigate to a great extent the negative impact of increasing aridity on plant biomass in drylands. These findings are critical for improving forecasts of abrupt vegetation changes in response to ongoing global environmental change.

关键词： aboveground biomass root:shoot ratios elevated CO2 nitrogen fertilization ecosystem threshold

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Variation in the methods leads to variation in the interpretation of biodiversity-ecosystem multifunctionality relationships

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Journal of Plant ecology 2020年第4期13卷 431-441页

作者： Xin Jing Case M.Prager Aimée T.Classen Fernando T.Maestre Jin-Sheng He Nathan J.Sanders Rubenstein School of Environment and Natural Resources University of VermontBurlingtonVT 05405USA Gund Institute for Environment University of VermontBurlingtonVT 05405USA Center for Macroecology Evolutionand ClimateNatural History Museum of DenmarkCopenhagenDenmark departamento de Biología GeologíaFísica y Química InorgánicaEscuela Superior de Ciencias Experimentales y TecnologíaUniversidad Rey Juan CarlosMóstoles 28933Spain Departamento de Ecología and Instituto Multidisciplinar para el Estudio del Medio“Ramon Margalef” Universidad de AlicanteAlicanteSpain department of ecology College of Urban and Environmental SciencesPeking UniversityBeijingChina Environmental Program Rubenstein School of Environment and Natural ResourcesUniversity of VermontBurlingtonVT 05405USA Present address:department of Earth and Environmental Sciences KU LeuvenCelestijnenlaan 200E3001 LeuvenBelgium

生物多样性常常和生态系统多功能性(生态系统同时提供多个生态系统功能的能力)正相关。然而,生物多样性与生态系统多功能性的关系是否依赖于生态系统功能的数目有诸多争议。其中,生物多样性对生态系统多功能性的影响或许不随生态系统功... 详细信息

生物多样性常常和生态系统多功能性(生态系统同时提供多个生态系统功能的能力)正相关。然而,生物多样性与生态系统多功能性的关系是否依赖于生态系统功能的数目有诸多争议。其中,生物多样性对生态系统多功能性的影响或许不随生态系统功能数目的变化而变化,或者随生态系统功能数目的增多而增强。我们期望通过研究不同生态系统多功能性指数的统计原理来解决这些争议。我们使用了模型模拟和一系列来自不同空间尺度(从局域到全球)和不同生物群系(温带和高寒草地、森林和干旱地)的经验数据。我们回顾了量化生态系统多功能性的三种方法,包括平均值法、加和法和阈值法。我们发现随着生态系统功能数目的增加,生物多样性与生态系统多功能性的关系要么不变,要么增强。这些结果可由平均和加和的多功能性指数的统计原理来解释。具体来讲,当利用生态系统功能的平均值计算多功能性指数时,由于多样性对多功能性的效应等于多样性对单个生态系统功能效应的平均值,所以不会随生态系统功能数目的变化而变化。同样的道理,当利用单个生态系统的加和值计算多功能性指数时,多样性的效应会随着生态系统功能数目的增加而增强。我们提出了一个改进的多功能性指数,将平均或加和多功能性指数转化为标准化的多功能性指数,以便于对不同研究的结果进行比较。此外,我们提出了基于变量数值范围的标准化方法来解决阈值法的数学假象问题(多样性效应随生态系统功能数目的增加而增强)。我们的研究结果表明,量化多功能性指数的方法不同,结果也不同。因此,有必要加深对不同方法数理基础的理解。而标准化的多功能性指数为比较不同研究中的生物多样性与生态系统多功能性的关系提供了有效的方法。

关键词：平均值法生物多样性生态系统多功能性多阈值法植物物种丰富度空间尺度

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土壤水分胁迫制约全球植被变绿和初级生产力持续增加

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Science Bulletin 2021年第14期66卷 1462-1471,M0004页

作者：冯晓明傅伯杰张园潘乃青曾振中田汉勤吕一河陈永喆 Philippe Ciais 王应平张橹程磊 Fernando T.Maestre Marcos Fernández-Martínez Jordi Sardans Josep Peñuelas State Key Laboratory of Urban and Regional ecology Research Center for Eco-Environmental SciencesChinese Academy of SciencesBeijing 100085China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource ecology Faculty of Geographical ScienceBeijing Normal UniversityBeijing 100875China International Center for Climate and Global Change Research School of Forestry and Wildlife SciencesAuburn UniversityAuburnAL 36832USA School of Environmental Science and Engineering Southern University of Science and TechnologyShenzhen 518055China Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement CEA CNRS UVSQGif-sur-Yvette 91191France Oceans and Atmosphere Commonwealth Scientific and Industrial Research OrganisationAspendaleVictoria 3195Australia South China Botanic Garden Chinese Academy of SciencesGuangzhou 510650China Land and Water Commonwealth Scientific and Industrial Research OrganisationBlack MountainCanberraACT 2601Australia School of Water Resources and Hydropower Engineering Wuhan UniversityWuhan 430072China Departamento de Ecología and Instituto Multidisciplinar para el Estudio del Medio“Ramon Margalef” Universidad de AlicanteAlicante 03690Spain Global ecology Unit CREAF-CEAB-UAB Spanish National Research CouncilCerdanyola del VallèsCatalonia 08193Spain

大尺度的研究表明全球植被光合能力和生产力自20世纪80年代以来持续增加,但是很少有研究关注到其时空异质性.本研究将全球植被绿度变化趋势分为持续变绿、由变绿转为变棕、持续变棕以及不显著变化等不同类型,发现全球植被绿度变棕区域... 详细信息

大尺度的研究表明全球植被光合能力和生产力自20世纪80年代以来持续增加,但是很少有研究关注到其时空异质性.本研究将全球植被绿度变化趋势分为持续变绿、由变绿转为变棕、持续变棕以及不显著变化等不同类型,发现全球植被绿度变棕区域持续增加.到2010年以后逐渐超过持续变绿的区域(27.8×10^(6)km^(2),26.4%),达到了39.0×10^(6)km^(2)(全球植被面积的35.9%).这一现象抵消了2010年前12.0%±3.1%(0.019±0.004 NDVI a^(-1))植被绿度增加(2010~2016,P<0.05).全球陆地生态系统初级生产力也表现为类似的变化特征.这种变化主要是由于土壤水对于植被胁迫的负向作用,在部分地区超过了温度和辐射对于植被光合的积极作用.目前地球系统模型中的相关模块并不能反映这一正在增加的植被土壤水分胁迫.研究提示随着全球升温作用进一步加强,目前的地球系统模型土地模块可能会高估全球陆地生态系统碳固持能力.

关键词：初级生产力土壤水分胁迫时空异质性陆地生态系统全球升温 ). 植被绿度系统模型

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