生态稳定性刻画了生态系统受到干扰时保持或恢复原有状态的能力。在全球变化背景下，生态系统功能和服务的长期维持有赖于其稳定性。对草地生态系统而言，富营养化和极端气候可显著改变群落多样性和生产力，从而威胁生态系统稳定性。然而理解生态系统稳定性维持机制的一大挑战在于：稳定性是一个多维度概念，在不同干扰方式、不同生态系统功能指标、不同响应阶段下都有相应的稳定性定义方法（图1）。比如，在极端干旱或极端降水干扰下，草地生态系统的稳定性可定义为其在干扰发生中生物量的变化（抵抗力稳定性）或干扰后生物量的恢复速率（恢复力稳定性）。另外，抵抗力和恢复力不仅可通过生物量的变化来度量，也可基于生态系统多样性或物种组成的变化进行计算。不同稳定性指标可能存在一定程度的相关性：如果不同指标间的相关性很强，那么改变某一指标可能会类似地改变其他指标，因此稳定性本质上具有较低的维度；如果不同指标的相关性较弱，则表明其背后的影响机制可能不同，从而稳定性具有较高的维度。然而以往研究主要关注某一稳定性指标，关于全球变化如何影响稳定性的不同指标及其相关性仍缺乏认识。


图1. 生态系统稳定性的多维定义
为了理解富营养化对多维稳定性的影响，北京大学城环学院王少鹏研究组与全球营养网络（Nutrient Network）合作，基于55个标准化的草地实验分析了营养添加对15种稳定性指标及其相关性的影响。具体地，该研究利用5种稳定性度量方法（对极端干旱气候的抵抗力和恢复力、对极端湿润气候的抵抗力与恢复力、多年波动的时间不变性）计算了3种生态系统变量（群落总生物量、总物种数、物种组成）的稳定性。结果表明，营养添加降低了物种数和群落组成的时间不变性和抵抗力，但对生物量的稳定性没有显著影响。特定稳定性指标之间呈现出显著相关，如极端气候下的抵抗力和恢复力呈负相关，而抵抗力与时间不变性呈正相关。但总体而言，大多数稳定性指标之间的相关性较弱（即稳定性具有较高的维度），且营养添加并未改变稳定性之间的关系（图2）。该研究揭示了草地生态系统稳定性的高维性，意味着不同稳定性指标可能受不同生态过程的调控。因此生态系统管理应针对特定目标制定相应的措施和方案，以实现生态系统功能的长期维持。

图2.对照和营养添加(NPK)条件下不同稳定性指标之间的相关性
该研究成果以“Multidimensional responses of grasslandstability to eutrophication”为题，于2023年10月11日发表于《自然?通讯》（Nature Communications）杂志。北京大学城市与环境学院已出站博士后陈青青（现德国生物多样性研究中心博士后，入选洪堡****）为第一作者，王少鹏研究员为通讯作者，合作者包括荷兰乌特勒支大学Yann Hautier、美国明尼苏达大学Elizabeth Borer等20余位国际合作者。该研究得到了国家自然科学基金委基础科学中心（31988102）和优秀青年基金（32122053）等项目资助。