草原研究表明二氧化碳浓度升高使氮污染导致的物种损失几乎增加了三倍

数十项研究表明，主要由于燃烧化石燃料和农业活动造成的氮污染正在造成全球植物多样性的丧失。

但导致气候变暖的二氧化碳气体水平不断上升是否会加剧或抑制氮引起的生物多样性丧失仍不清楚，也是一个研究不足的课题。

一项为期 24 年的生态现实实地研究涉及明尼苏达州的 108 个实验草地，其结果对生物多样性保护工作来说不是一个好兆头——至少对草地来说不是。该论文发表在《自然》杂志上。

在最近的八年研究中，实验中二氧化碳水平的升高几乎使长期模拟氮污染造成的物种损失增加了两倍。

具体来说，在添加氮的地块中，物种丰富度(每个地块的植物种类数量)在环境二氧化碳水平下平均减少了 7%，而在二氧化碳水平升高时则减少了 19%。

密歇根大学生态学家、该研究的主要作者彼得·赖希说： “如果正如我们在研究中观察到的那样，二氧化碳的增加会加剧氮沉降对植物多样性的广泛负面影响，那么这对全球草原生物多样性的保护来说并不是一个好兆头。”

“维持生物多样性至关重要，因为多样化的植物群落为人类提供服务，例如净化水、作物授粉效益、维持健康的土壤、通过储存碳减缓气候变化，以及成为多样化蝴蝶、鸟类和哺乳动物群落的家园。”

氮和二氧化碳都能促进植物生长。在名为 BioCON 的草地实验中，这两种资源的使用刺激了植物的生长，导致一些优势物种独占阳光，同时遮蔽了它们下面的植物，最终导致许多优势物种灭绝。

这种现象被生态学家称为竞争排斥。

赖希表示，这种光竞争加剧的情况很可能出现在世界各地的许多草原上，导致赢家和输家并存，这是由于化石燃料排放和氮污染导致的二氧化碳和氮的增加。

密歇根大学环境与可持续发展学院全球变化生物学研究所所长、明尼苏达大学森林资源系教授赖希表示： “人们对生物多样性变化的广泛担忧，包括因栖息地丧失、状况变化和气候变化而导致的变化，需要在二氧化碳增加和氮沉降变化的背景下看待，这也可能对许多生态系统产生重大影响。”

“保护和恢复生物多样性的呼声已经达到了高潮，”他说。“我们的研究结果只会进一步增强这种呼声。”

BioCON 实验是在明尼苏达州中东部的 Cedar Creek 生态系统科学保护区进行的。从 1998 年到 2021 年，在 108 个 7 英尺 x 7 英尺的地块中，每个地块都种植了多达 16 种草类和草本植物(草类以外的草本植物，包括野花)。

一半的地块在整个生长季节都通过穿孔垂直管道释放额外的二氧化碳气体进行处理。其中一半每年都会喷洒氮肥。每年夏末都会统计每个地块的植物种类数量。

在实验的前 10 年中，二氧化碳浓度升高实际上减少了因氮富集而导致的物种损失。在环境二氧化碳水平下，增加的氮平均使物种丰富度降低了 16%;在二氧化碳浓度升高的情况下，物种丰富度下降了 8%。

但随着时间的推移，这种相互作用发生了逆转，二氧化碳的升高加剧了氮富集造成的多样性的损失，在研究中，这种减少几乎增加了两倍。

大须芒草，又名 Andropogon gerardii，是一种原产于北美中部和东部大平原和草原地区的高草，逐渐成为最主要的物种。随着其相对丰富度的增加，遮荫和其他植物物种的消失也在增加。

这项实验的失败者包括开紫花的紫穗槐(Amorpha canescens)，俗称铅草，是豆科灌木，喜欢充足的阳光，以及开黄花的一枝黄花(Solidago rigida)，这是全国各地草地上常见的黄花紫菀属植物之一。

全球大部分地区的氮沉降水平仍然较高，尽管某些地区的趋势和影响正在下降，而其他地区则有所增加。

先前的观察和实验研究表明，氮污染使多个大陆草本植物生态系统的植物群落丰富度降低 20% 至 30%。草本植物不产生木质茎，包括禾本科植物、草本植物和蕨类植物。

雪松溪生态系统科学保护区由明尼苏达大学拥有和运营。为期 24 年的 BioCON 实验是持续时间最长的研究(比以往长了十多年)，旨在研究二氧化碳和氮之间的相互作用如何影响草原的物种多样性。