蘭州大學研究團隊在乾旱半乾旱區生物土壤結皮系統平衡行為研究取得重要進展

生物土壤結皮是乾旱半乾旱生態系統的重要組成部分，在水分平衡、元素循環、能量分配與土壤侵蝕等方面發揮著重要作用。然而，已有的系統平衡理論研究主要關注維管植物，忽略了生物土壤結皮在系統平衡行為中的作用。

為此，蘭州大學生命科學學院和草地農業生態系統國家重點實驗室趙長明教授、陳寧青年研究員，與中國科學院西北生態環境資源研究院賈榮亮研究員、普林斯頓大學餘開亮博士合作，率先建立了全球生物土壤結皮分布數據集（圖1），探討了乾旱半乾旱生態系統在考慮生物土壤結皮時的系統平衡行為。研究首次證明了生物土壤結皮（結皮蓋度~80%，維管植物蓋度<10%）是除裸地態（結皮與維管植物蓋度均<10%）和維管植物態（結皮蓋度~5%，維管植物蓋度>50%）以外的另外一種穩定態，在此基礎上首次提出「交叉」分叉（「crossed」 bifurcation）來描述其系統平衡行為，而非傳統的摺疊分叉（fold bifurcation；圖2），並界定了多穩態區間為乾旱指數0-0.6（圖3）。

近日，該研究結果以「Biocrusts as one of multiple stable states in global drylands」為題Science Advances上發表，蘭州大學為論文第一完成單位。陳寧青年研究員為論文第一作者，趙長明教授、餘開亮博士為論文共同通訊作者。該研究加深了對生物土壤結皮的理解，提高了生物土壤結皮研究工作的理論化水平，進而為乾旱半乾旱區荒漠化防治、生態恢復與管理提供了新視角。

近年來，陳寧青年研究員立足我國西北乾旱半乾旱區，圍繞系統平衡理論，將生物土壤結皮納入生態水文模型，在乾旱半乾旱生態系統的恢復動態、未來變化、系統躍變及早期預警信號等研究領域，取得了一系列重要進展，已在The American Naturalist,Ecosphere,Science of the Total Environment,Journal of Hydrology,Plant & Soil等國際主流期刊發表多篇學術論文，上述研究成果豐富了乾旱半乾旱生態系統的系統平衡理論。

以上研究得到了國家自然科學基金、博士後科學基金、蘭州大學人才隊伍建設經費、中央高校基本科研業務費等項目的資助。

文章連結：https://advances.sciencemag.org/content/6/39/eaay3763

圖1 本研究建立的全球生物土壤結皮分布數據集

圖2 系統平衡理論的「交叉」分叉與摺疊分叉模式

圖3 考慮生物土壤結皮的系統平衡行為

文字：陳寧
圖片：陳寧
編輯：李兆秋
責編：許文豔