全球气候的变暖,生物多样性锐减,研究生物多样性与生态系统功能关系是目前生态学研究的难点和热点。本项目基于研究组前期工作的基础上,通过人工去除实验模拟植物多样性的丧失,以施氮肥处理模拟未来氮沉降环境,研究植物群落的种类组成、结构、种间关系及其生态系统的功能演变过程;检验保留的物种/功能群在生态系统成分和生物量补偿方面的作用,从而分析生态系统对植物多样性丧失的响应;阐述植物多样性丧失对生态系统功能的影响;探讨不同功能群植物或关键种/组对生态系统成分的影响,验证mass ratio theory,从而阐明物种多样性丧失对生态系统功能过程的影响,为未来应对生物多样性丧失提供生态学理论基础。
alpine meadow;removal experiment;functional group;loss of biodiversity;ecosystems functioning
随着全球气候变化和人类活动干扰,生物多样性丧失逐渐加速,从而引起生态系统功能过程的改变。然而,生物多样性的丧失究竟怎么影响生态系统功能?反过来,生态系统功能如何响应生物多样性的丧失呢?这些问题的解决将有助于我们更好的理解生态系统中各功能组分(关键种或关键组,亚优势种和稀有种)在生态系统功能过程中的作用,从而应对未来生物多样性丧失所造成的后果。通过三年的植物功能群剔除模拟生物多样性丧失和施氮肥模拟未来的氮沉降,主要结论如下(1)去除优势种能显著地降低禾本科功能群丰富度和生物量,增加杂类草功能群丰富度,而对豆科功能群没有显著地影响;施肥仅仅对禾草类功能群生物量有显著地影响,这些说明短期内保留的植物群落是不能补偿任何一种植物功能群的丧失,施肥能增加补偿效应。(2)苔藓和灌丛的去除均能显著地增加杂类草物种数,从而引起群落总物种丰富度增加;然而,灌丛的去除并没有因为杂类草物种数的增多而增加杂类草的生物量,而是显著的增加禾本科生物量,然而苔藓和苔藓+灌丛的去除却降低了禾本科生物量。这些说明了灌丛和苔藓对高寒草甸植物并没有完全的独立效应和联合效应。(3)去除不同的植物功能群能显著地影响土壤速效氮的成分,且表层(0-10cm)显著高于亚层(10-20cm),六月到八月不同植物功能群对氮的利用形式发生了转移,这说明了高寒草甸的不同功能群一定程度上存在时间和空间上的生态位分化。(4)采用Quantity one软件分析DGGE图谱各样品条带灰度信息,计算各样品多样性指数和均匀度指数发现短期植物功能群和优势种的去除和施肥处理不同程度地改变土壤细菌和真菌的shannon 多样性,而对均匀度指数没有显著的影响。施肥一定程度上可以降低土壤细菌的香浓维纳指数。(5)功能群数量和MPD(Mean Pairwise Distance)能够解释生物量变化的36%,而物种丰富度和PD则只能解释生物量变化的27%,说明系统发育多样性和功能多样性比物种丰富度能更好的解释初级生产力。(6)禾草功能优势度(即禾草生物量占总生物量的百分比)可以解释小尺度样方水平上物种丰富度39%,而生产力不能很好地预测样方水平上的物种丰富度。因此,功能优势度的差异是植物物种丰富度主要驱动者。