人工草地植物种多样性对生态系统功能的影响

论文摘要

物种多样性对生态系统功能的影响是生态学领域所研究的核心科学问题之一。许多有关物种多样性-生态系统功能关系的观察、理论和实验研究都表明，在局域尺度范围内，植物种多样性对生态系统功能具有重要影响。然而，对于促成物种多样性-生态系统功能关系的潜在生态学机制却缺乏足够的了解。本实验利用两种不同类型的牧草——9种一年生牧草和10种多年生牧草，采用各物种单播及混播的方法，构建不同多样性梯度的人工草地实验群落，对物种多样性与生态系统功能（主要包括生产力、入侵性、水分利用）关系的短期关系格局及潜在作用机理进行了探讨。结果表明：（1）各物种单播的生产力差异显著，表明物种间在生长率、资源利用能力及功能特征方面存在较大差异。不同的群落其生产力随物种多样性的变化模式不同。在一年生群落中，物种多样性与群落生产力呈单峰格局关系，而在多年生群落中，物种多样性与群落生产力呈显著正相关关系。在两种群落中，物种多样性和物种成分都对系统生产力有显著影响。（2）不同的群落中，多样性与互补效应间关系较为复杂。在一年生群落中，4种互补效应指数分析均表明，虽然在部分混播群落中存在资源的互补性利用，但物种多样性与互补效应间不存在显著正相关关系，这说明在一年生植物群落中，物种间的相互关系较为复杂，不单纯表现为生态位互补效应。而在多年生群落中，混播群落中不仅程度不同地存在互补效应，而且，互补效应与物种多样性间呈显著正相关关系。同时还表明，不同的衡量指标反映出的资源互补性利强度有所不同。因此，在多样性-生态系统功能关系研究中，应同时应用多种方法，以免评价多样性效应时失之偏颇。（3）采用“分离添加效应”方法可将同一群落中的多样性净效应区分为取样效应和互补效应两个组成部分，并可对每部分的相对贡献做出定量估测。取样效应和生态位互补效应可同时对物种多样性-生态系统功能关系产生影响，但两种作用机理在不同的群落对物种多样性的变化有不同的响应。在一年生群落中，物种多样性与互补效应之间呈单峰曲线关系。而物种多样性与取样效应间呈显著的正相关关系，说明在一年生群落中，随着物种多样性的增加，特殊物种在群落中占优势地位，并对群落生产力的提高起主导作用。与之相反，在多年生群落中，互补效应与物种多样性间呈显著正相关关系，而取样效应与物种多样性间则线性关系不显著，进一步证明在多年生群落中，物种间对资源的互补性利用是群落生产力随多样性增加而提高的主要原因。（4）对于一年生植物群落而言，多样性的三种成分——物种多样性、功能群多样性及功能多样性对群落生产力的影响均表现出相同的趋势，但影响程度有所不同。物种多样性的变化对群落生产力没有显著影响，而功能群多样性和功能多样性的增加对群落生产力有显著影响，二者均对生产力的增加有促进作用，而且功能多样性对系统功能的影响程度更大。同时，混播群落中物种间在水分利用上也程度不同地存在互补作用。物种多样性，功能群多样性和功能多样性的增加均使土壤水分含量呈下降趋势，但在三种多样性成分中，只有功能多样性对土壤水分含量有显著影响。证明物种的功能特征而不是物种的数目，才对系统水分资源的利有实质性的影响。（5）平均而言，一年生群落的生产力和抗杂草入侵性能力均较多年生群落高。无论是一年生群落，还是多年生群落，随着物种多样性的增加，草地生产力均呈增加趋势。物种多样性和群落生产力均对杂草的入侵有显著的抑制作用。虽然两种群落在多样性—生产力—入侵性关系上表现为相同的格局，但在两种群落中，支配这种关系的作用机理却完全不同。在一年生群落中，物种多样性一群落生产力—杂草入侵关系受取样效应的支配，而在多年生群落中，物种多样性一群落生产力—杂草入侵性关系受互补效应的支配。表明，在不同的群落中，相同的生态现象其内在的作用机理可能不相同，因而在多样性-生态系统功能关系研究中，以某一特定的研究结果推论其他生态系统中二者间关系模式时，应持慎重态度。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一部分 引言
• 1.1 基本概念
• 1.2 生物多样性与生态系统功能关系模式及作用机理
• 1.3 时空尺度对生物多样性与生态系统功能关系的影响
• 1.4 研究目的及意义
• 第二部分 实验材料和实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.3 数据分析
• 第三部分 结果与分析
• 3.1 物种多样性与物种成分对生产力的影响
• 3.2 生态位互补效应对生产力的影响
• 3.3 取样效应和互补效应的分离
• 3.4 不同多样性成分对系统生产力、资源利用的影响
• 3.5 多样性—生产力—入侵性关系及作用机理
• 第四部分 讨论
• 4.1 物种多样性与物种成分对生产力的影响
• 4.2 生态位互补效应对生产力的影响
• 4.3 取样效应和互补效应的分离
• 4.4 不同多样性成分对系统功能的影响
• 4.5 多样性—生产力—入侵性关系及作用机理
• 第五部分 结论
• 参考文献
• 在学期间发表文章情况
• 致谢