城市绿地包括城市森林和草坪，在很多情况下是城市居民与大自然的唯一接触点，健康、可持续的城市绿地生态系统是维持人们健康和活力的基础。城市绿地除了为人们提供娱乐休闲场所，减少噪音和污染，调节水文，缓解气候变化等功能外，还包涵土壤养分循环、植物-土壤互惠关系、植物生产力等在内的多种生态系统功能。生物多样性对生态系统多功能性的贡献已在自然生态系统中得到广泛证实，但在人为扰动频繁的城市绿地生态系统中，地上-地下生物多样性与生态系统多功能性之间的关系却尚未可知。随着全球城市人口的增加和人们对气候变化的日益关注，解析地上-地下生物多样性维持城市绿地生态系统功能和服务的生态机制，发掘与生态系统功能和服务密切关联的环境因子和管理实践对于实现城市绿地的可持续性发展尤为重要。
由此，中国科学院南京土壤研究所研究员褚海燕团队联合西班牙塞维利亚自然资源与农业生物研究所、西班牙巴勃罗·德·奥拉维德大学等研究单位，对分布于六大洲17个国家的56个城市的绿地进行了标准化调查，研究地上植物多样性和地下土壤生物多样性(包括土壤细菌、真菌、原生生物和无脊椎动物的多样性，以及基于宏基因组学的菌群功能特性多样性)与涵盖18种生态系统功能的9种关键生态系统服务（微生物驱动的碳库、有机质分解、植物生产力、养分循环、水分调节、植物-土壤互惠共生、植物病原菌控制和抗生素抗性基因调控）的关系。研究发现，土壤生物多样性（分类多样性和功能特性多样性）与生态系统功能呈显著正相关，包括生态系统多功能性、生态系统功能的多个阈值、生态系统功能的多个维度、以及关键生态系统服务。与土壤稀有生物多样性相比，土壤优势生物多样性对支撑城市绿地生态系统多功能性方面具有更显著作用。与细菌、真菌、原生生物相比，体型相对较大且处于高营养级的土壤无脊椎动物与更多城市绿地生态系统功能密切关联。在同时考虑空间尺度、气候因素、环境变量、管理措施等条件下，土壤生物多样性与城市绿地生态系统多功能性之间仍然存在稳定的关联。
相反，研究发现地上植物多样性对城市绿地生态系统功能和服务的贡献较弱，植物多样性仅通过调控土壤生物多样性以及土壤性状间接影响城市绿地生态系统的多功能性。由于城市绿地中的植物往往是非本地物种，人们选择这些植物大多是因为它们的园艺价值，而不是它们改善表层土壤的能力，这些植物与当地气候、环境、土壤生物等在短期时间内不能形成共进化作用，从而减弱了它们对生态系统功能的积极响应。然而，植物多样性对于其它不可测量的生态系统服务，如空气净化、降温、娱乐和城市美化等是不可或缺的，因此，植物多样性仍然是城市绿地的重要组成部分。这项研究工作为保护城市绿地生态系统土壤生物多样性和生态系统功能提供重要参考，对全球变化背景下和城市化进程中维持城市环境的可持续发展和人类福祉至关重要。
该研究成果发表在Nature Ecology and Evolution上，南京土壤研究所特别研究助理范坤坤为论文第一作者，褚海燕研究员与Manuel Delgado-Baquerizo教授为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41559-022-01935-4
图1.六大洲17个国家56个被调查城市的地理位置以及它们的城市绿地景观图
图2. 城市绿地土壤生物多样性对生态系统功能的贡献。(A)土壤生物多样性、植物多样性、空间尺度、环境因子等对生态系统功能的解释率。(B) 空间尺度、环境因素、植物多样性和土壤生物多样性对生态系统多功能性的直接和间接影响。
