净初级生产力的形成和维持是生态系统最基础的功能，其由地上和地下生产力两部分构成。长期以来，由于受到取样条件、研究方法、研究成本等多方面的限制，对地下生产力的了解远远滞后于对地上生产力的了解。全球陆地生态系统平均而言，地下生产力占总生产力的46%，而在草原生态系统中，这一数字为64%（Ghearardi & Sala 2020 PNAS）。因此，地下生产力的变化是不容忽视的。
生产力的稳定性事关生态系统向人类社会提供服务的可持续供给。以往研究多关注地上生产力的稳定性，而对地下生产力以及总生产力的稳定性的变化规律和内在机制缺乏了解。人类活动导致陆地生态系统的活性氮沉降量显著增加，厘清总生产力稳定性对氮沉降的响应规律对于预测生态系统服务的变化非常重要。
中国科学院沈阳应用生态研究所生态化学计量学组研究团队依托在内蒙古额尔古纳于2014年建立的草甸草原氮素添加控制实验平台，基于对96个群落的地上和地下生产力为期五年的连续监测（2016~2020），结合多尺度生产力稳定性理论框架，研究了不同空间尺度上 (局域vs.区域) 草甸草原地上、地下以及总生产力稳定性在多种氮素输入量条件下的变化情况。
研究结果显示，随着氮素输入量的增加，植物多样性逐渐丧失，进而降低了局域和区域尺度上的地上生产力稳定性，但没有改变两种空间尺度上的地下生产力稳定性(BNPP stability) 和总生产力稳定性（图1）。地下生产力稳定性决定了总生产力稳定性对氮添加的响应模式。对于地上生产力和地下生产力而言，其空间异步性 (Spatial asynchrony) 在维持区域尺度上生产力的稳定性方面均发挥重要作用 (图2)。上述结果说明，地下生产力的稳定性对氮素输入的响应与地上生产力的响应截然不同。由于地下生产力对总生产力的较大贡献，以往研究中所得到的“氮素输入降低地上生产力稳定性”的结论不能简单推至生态系统总生产力。
该项研究得到了国家自然科学基金等的资助，相关研究结果在线发表于 Global Change Biology杂志（IF 5 = 11.716）。
图1不同空间尺度上草甸草原地上、地下和总生产力稳定性随氮素输入量的变化
图2 利用结构方程模型解析氮添加对草甸草原生产力稳定性的影响