功能多样性和功能冗余对高寒草甸群落稳定性的影响

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物种多样性(species diversity, SD)丧失对生态系统功能的潜在影响是生态学家持续关注的热点问题。物种多样性包括功能多样性(functional diversity, FD)和功能冗余(functional redundancy, FR)两个基本成分,它们分别表示种间性状的相异性和相似性,并分别通过生态互补和保险效应两种机制影响生态系统功能。因此,物种多样性下降或物种丧失引起的植物功能性状丢失、功能性状组成变化、或性状空间维度减小必将导致功能多样性和功能冗余发生改变,进而影响群落或生态系统功能。大量研究表明,物种多样性对群落稳定性功能具有正效应。但作为物种多样性的两个重要成分,功能多样性和功能冗余究竟哪个对群落稳定性影响较大,目前仍未达成共识。通过在青藏高原高寒矮嵩草obresia humilis)草甸为期6年的刈割(不刈割、留茬3cm、留茬1cm)和施肥(施肥、不施肥)控制实验,研究了功能多样性和功能冗余对群落稳定性的相对影响。主要研究结果如下:(1)刈割增加了物种多样性、功能多样性和群落稳定性,而施肥则具有相反的作用。刈割和施肥对功能冗余的影响都不显著(p>0.05),刈割×施肥以及施肥×区组的交互作用也无显著效应。(2)功能多样性和群落稳定性在刈割或施肥处理间表现为同步变化,而功能冗余则保持相对恒定。同时,功能多样性和功能冗余的平均变异系数分别为9.10%和2.26%,功能多样性比功能冗余具有更高的变异性。(3)功能多样性与物种多样性的相关性强于功能冗余与物种多样性的相关性,即实验处理引起的物种多样性变化导致种间功能性状的趋异性变化程度大于趋同性变化程度,说明物种多样性对群落稳定性的效应主要通过物种间更强的功能互补性维持,而保险效应对稳定性的调节作用相对较弱。(4)功能多样性与群落稳定性的相关性也强于功能冗余与群落稳定性的相关性。因此,尽管功能冗余产生的保险效应对维持群落稳定性具有促进作用,但功能多样性的互补效应对维持群落稳定性的作用更大。在本研究刈割扰动及土壤资源变化的条件下,种间功能性状差异的互补效应,即功能多样性才是维持高寒草甸群落稳定性的主要动力。(5)基于不同功能性状计算的功能多样性指数与群落稳定性的关系并不相同。在本研究的13个功能性状中,以比叶面积(FDsla)、叶干重(FDldu)和生长型(FDgf)3个性状计算的功能多样性对群落稳定性的影响较大。因此,要通过功能多样性预测生态系统或群落稳定性的变化,选择最优性状能消除多性状间存在的共线性,避免过多性状带来的屏蔽效应,对提高预测的准确性至关重要。(6)实验处理对不同性状计算的功能多样性的影响显示,由植株高度(FDh)、地上重(FDagw)、叶干重(FDldw)、生长型(FDgf)和生活周期(FDlc)计算的功能多样性对刈割处理的响应较大,而由植株高度(FDh)、地上重(FDagw)、叶面积(FDa)、光合途径(FDpp)和营养繁殖器官(FDavp)计算的功能多样性对施肥处理的响应较大。(7)除以生活周期计算的功能多样性(FDlc与其它性状计算的功能多样性指数以及与多性状计算的功能多样性(FD)呈显著负相关外,其余功能多样性指数之间呈显著正相关,表现出相同的变化趋势,即这些性状的种间差异存在共变性。说明尽管通过多性状计算的种间性状平均差异(FD)研究功能多样性与群落稳定性的关系有其合理性,但通过逐步回归分析揭示单一性状的功能多样性对群落稳定性的影响程度对于剔除冗余性状十分必要。上述结果表明,功能多样性和功能冗余对群落稳定性影响的相对强度与其在扰动环境下的变化程度正相关,高寒草甸物种功能多样性与群落稳定性的变化具有更紧密的联系,能更好地预测该生态系统稳定性的变化。本研究为草原生态系统的可持续管理提供了重要启示。
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