生物多样性与生态系统功能(Biodiversity and ecosystem functioning,BEF)间的关系,是近年来生态学研究的热点领域。生产力是生态系统功能的重要组成部分,同时也是生态系统产品和服务的基础。生物多样性与生产力间的关系虽然已有较多研究,但其关系的趋势和强弱仍有较大的争论。特别是在自然生态系统中,生物多样性、生产力及其关系受到气候、土壤等环境因素以及群落组成的综合影响,并受到研究尺度的制约,表现出较为复杂且不确定的关系。蒙古高原干旱半干旱地区环境梯度差异明显,植被类型丰富,种类组成多样,对全球气候变化敏感,是研究自然生态系统中BEF关系的理想场所。深入研究该区域自然生态系统中BEF关系的影响因素及机理,对于揭示生态系统稳定性维持机制,以及天然植被对全球气候变化的响应至关重要,其研究成果也可为生态资源保护与利用、退化草地的恢复和重建以及有效的草地管理提供基础数据与理论支撑。本文以蒙古高原草原以及中西部旱生灌木、半灌木生态系统(统称为灌丛生态系统)为研究对象,将大尺度的植物群落调查数据与采样点的气候数据和土壤理化性质相结合,利用随机森林模型筛选了影响草原和旱生灌丛生物多样性、群落生物量重要的环境因子,在此基础上通过拟合结构方程模型分析了环境因素对生物多样性、群落生物量及二者关系的影响;基于植物功能群,揭示了草原生态系统中功能群在调节环境因素对生物多样性、群落生物量影响中的作用及其机制。主要结论如下:1)气候因素是影响蒙古高原草原和旱生灌丛生态系统群落生物量的主要因素,但是影响指标却不相同。草原群落生物量主要是受干燥度的正影响,即大尺度空间范围内降雨和温度的耦合作用;而旱生灌丛群落生物量主要是受到最冷季平均温度的限制。此外,土壤理化性质也是显著影响蒙古高原草原和灌丛群落生物量的重要因素,草原群落生物量主要受到土壤全氮、土壤全碳等养分的正影响;而旱生灌丛生物量分别与土壤pH和土壤结构(如土石比)呈正相关和负相关。2)气候因素(年平均温度、年降雨量)是影响草原群落物种丰富度的主要因素,其次为土壤pH、砂粒和粉粒含量等土壤理化性质;旱生灌丛群落物种丰富度主要受到灌丛密度的正影响,其次为土壤全碳含量,而气候因素对旱生灌丛物种丰富度的影响要弱于对草原群落的影响。3)群落物种多样性均不是影响草原和旱生灌丛生物量的主要因素。在草原生态系统中,气候因素,特别是气候干燥度是调节物种丰富度与群落生物量关系的最重要因素;而土壤性质间接影响草原物种丰富度与群落生物量关系。旱生灌丛生态系统中,最冷季平均温和土壤pH直接决定了旱生灌丛群落生物量,进而影响了二者的关系。4)草原群落中,气候和土壤因素对群落生物量和物种多样性的调控会受到群落组成或功能群的影响。禾草在维持群落生物量中起着关键作用,对群落生物量有显著的正作用,气候因素主要通过影响禾草生物量进而对群落生物量进行调节;杂类草的物种丰富度决定了群落物种丰富度,为显著的正相关关系,并受到土壤因素的间接影响。蒙古高原草原群落中,“质量比”效应(优势种效应)和生态位互补作用同时影响群落生物量和物种丰富度。本文的研究结果表明气候干燥度是调控干旱半干旱地区自然生态系统BEF关系的主要因素;与气候因素相比,生物多样性并不是群落生物量的决定因素;植物功能群在调控环境因素对群落生物量和生物多样性的影响中发挥了重要作用,气候干燥度通过影响禾草生物量进而决定草原群落生物量;土壤理化性质通过影响杂类草物种丰富度调控了群落物种丰富度。上述研究成果拓展了大尺度自然生态系统的BEF理论,为天然草地管理提供了理论基础。