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导读 肥沃的土壤是人类赖以生存的重要资源。然而，目前有关土壤肥力形成和恢复的生态学机制却知之甚少，特别是生物多样性在其中的作用。基于一项长期未施肥的植物多样性实验，作者探究了生物多样性对退化土壤肥力恢复的影响。经过23年实验处理发现，生物多样性不仅显著提高了土壤碳、氮、钾、钙、镁和阳离子交换量，还增加了植物氮、钾、钙和镁，说明植物多样性、植物生产力和土壤肥力之间存在正反馈关系。进一步还发现，植物功能多样性越高，生态系统的养分累积量越大，主要因为不同植物功能型在促进土壤肥力的能力方面存在权衡关系。本研究表明，增加植物多样性，特别是植物功能多样性，有助于土壤肥力的恢复。 研究背景 肥沃的土壤不仅必须具备植物生长所必需的各种营养物质，比如氮、磷、钾、钙和镁，还需有充足的有机质来维持水分和养分。在自然生态系统中，植物是土壤肥力形成的关键因素，主要通过根系分泌物的释放和深层土壤养分的上移等过程改善土壤肥力。然而，如果不同物种在释放、捕获和保留土壤养分的能力方面存在差异，那么任一单独生长的物种可能会导致土壤缺乏该物种难以获得的养分物质。进一步，如果物种在获取不同养分的能力之间存在权衡，即物种在获取某些养分方面更强而在其他养分方面较弱，那么植物多样性的维持对于土壤肥力的形成和恢复将具有重要意义。虽然越来越多的证据表明植物多样性可显著促进初级生产力和土壤碳累积，但是仅增加土壤碳并不意味着土壤肥力的改善。因此，基于长期的植物多样性控制实验，本文系统地探究了不同植物物种、植物性状以及植物多样性在土壤肥力恢复中的作用，土壤肥力指标包括碳、氮、磷、钾、钙、镁、pH和阳离子交换量（CEC）。 科学问题 土壤养分循环和土壤肥力的可持续性是否取决于生物多样性？ 研究结果 (1) 土壤碳、氮、钾、钙、镁、pH和CEC均随着植物多样性增加显著上升，同时植物地上和地下氮、钾、钙和镁也如此，说明植物多样性、植物生产力和土壤肥力之间存在正反馈关系。
图2 植物生产相关指标与植物多样性的响应关系
图3 不同植物功能型组合中生态系统养分库的变化
研究结论 |
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