【摘 要】
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受全球气候变化及人类活动等因素的影响,草地生态系统正面临着物种丧失和严重的生态功能退化。然而草地群落中生物多样性的丧失究竟如何影响生态系统功能过程当前尚不清楚。目前的生物多样性丧失实验主要集中于地上植物群落相关响应的研究,而对地下土壤过程的关注相对较少。本研究通过青藏高原东缘亚高寒草甸上一个9年的植物功能群去除实验(分别去除全部植物、杂类草植物、禾本科植物、豆科植物和未去除天然草甸对照),研究长期
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受全球气候变化及人类活动等因素的影响,草地生态系统正面临着物种丧失和严重的生态功能退化。然而草地群落中生物多样性的丧失究竟如何影响生态系统功能过程当前尚不清楚。目前的生物多样性丧失实验主要集中于地上植物群落相关响应的研究,而对地下土壤过程的关注相对较少。本研究通过青藏高原东缘亚高寒草甸上一个9年的植物功能群去除实验(分别去除全部植物、杂类草植物、禾本科植物、豆科植物和未去除天然草甸对照),研究长期植物功能群丧失对亚高寒草甸生态系统地上、地下生态系统主要过程和功能的影响及其响应机制。主要研究结果如下:1.亚高寒草甸保留的植物群落对不同植物功能群去除存在不同的补偿效应。去除禾本科植物显著降低了地上植物生物量,剩余物种不能补偿禾本科植物丧失引起的生物量损失,表现为最弱的补偿效应;而去除杂类草植物和去除豆科植物后,剩余物种能够补偿它们丧失引起的生物量损失,其补偿水平接近于等额补偿。这说明禾本科植物作为优势种,在很大程度上决定了地上生物量,支持质量比假说。2.不同植物功能群去除对群落多样性指数也具有显著影响。去除杂类草植物后,由于杂类草植物在群落中的物种数量较多,物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度均显著降低,而去除禾本科植物后Pielou均匀度显著增加。这表明杂类草功能群尽管不能补偿由于物种去除而引起的生物量损失,但是可以补偿物种数目的损失;而优势种禾本科植物的去除,在一定程度上可以提高植物多样性水平,表明禾本科植物和其它从属种之间存在着竞争关系。3.植物功能群长期去除对土壤性质的影响较小。与对照处理相比,除了去除全部植物处理显著降低土壤含水量、有机碳、硝态氮、速效氮以及微生物生物量碳、氮含量外,其它三种去除处理均对土壤性质没有显著影响。同时,除了土壤含水量以外,上述其它由去除全部植物引起的土壤性质差异只发生在表层0~10 cm土壤中,10~20 cm土层深度下不同去除处理之间的土壤性质均无显著差异。4.结构方程模型表明去除植物功能群会对植物物种丰富度产生负影响,而物种丰富度对土壤含水量、有机碳、可溶性有机氮和微生物量碳具有直接的正效应,进而间接对土壤碳矿化速率产生影响。在碳矿化初期(第1天)可溶性有机氮对碳矿化速率有直接的正效应,而土壤含水量通过对可溶性有机氮的直接正影响而间接对土壤碳矿化速率产生影响;在碳矿化末期(第32天),碳矿化速率则直接受到含水量的正影响。由此可见,土壤含水量的变化是造成不同去除处理土壤碳矿化速率差异的主导因素。
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