草食动物采食调节下的草地多营养级生物多样性关系及其生态功能

The maintenance of ecosystem function depends on its structure mainly, especially interactions among trophic biodiversity. This project aims to investigate the relationships of the species diversity along the multiple trophic levels (i.e. insect-herbivore-plant, bacteria, actinomycete-nematode) and the ecological functioning, especially mediated by herbivore selective foraging, with a long-term manipulated experiment in a meadow steppe, in the eastern region of the Eurasian steppe zone. The dynamics of multiple trophic biodiversity patterns, and the trophic cascading effects, and the linkage between above- and below-ground communities will be also determined and analyzed. This study can clarify the contributions of different trophic biodiversity (pattern and alteration) to grassland ecosystem processes and functions, and their underlying mechanisms. Thus, it is very important to improve the theories of biodiversity, food web and ecosystem stability, and also provide some empirical evidence and scientific supports for adaptive ecosystem management of grasslands.

草地生态系统功能的形成与维持，主要依赖于系统的结构、特别是营养级生物多样性之间的相互作用关系。本申请项目试图在欧亚大陆草原带东缘的草甸草原上，通过长期的大型草地放牧实验及相关模拟控制实验平台，探讨生态系统中多营养级- - "昆虫/草食家畜-植物-菌根真菌、细菌/放线菌、线虫"之间生物多样性关系及其生态功效，包括营养级的生物多样性格局、单向与双向的营养级效应、地上-地下营养级的相互作用，尤其是在草食家畜放牧（选择性采食）调节下营养级效应的改变趋向，进而在多营养级水平上阐释生物多样性（格局与变化）对生态系统过程及功能的贡献及作用机制，丰富生物多样性理论、食物网理论及生态稳定性理论等，同时，亦为实现可持续性的草地生产、生态服务功能，开展草地适应性管理提供可靠且科学的依据。

本项目通过长期的放牧控制实验，探讨了我国北方草地中多营养级- - "昆虫/草食家畜-植物-菌根真菌、细菌/放线菌、线虫"之间生物多样性关系及其生态功效。本项目获得如下重要成果：.1）阐明了我国北方草地不同营养级生物，包括植物、昆虫、土壤线虫、细菌、菌根真菌和放线菌等物种多样性分布规律。检验了植物多样性-昆虫多样性，植物多样性-微生物多样性，植物多样性-线虫多样性等多营养级多样性间的相互作用关系，获得了对草地生态系统整体“生物多样性格局”及其互作关系模式的新认识；.2）确定了放牧家畜对草地多营养级生物多样性分布的影响规律及其相互关系的作用机制。分别探讨了不同家畜放牧对草地植物多样性-昆虫多样性，植物多样性-线虫多样性，植物多样性-微生物多样性等多营养多样性关系的影响方式和作用强弱。发现家畜放牧可调节，甚至逆转天然草地的多营养级多样性关系；.3）揭示了放牧家畜与草地优势类群的非脊椎动物（昆虫）之间的相互关系及其作用机制。发现不同采食策略的放牧家畜，其通过对生境和食物质量和数量的修改，会与草地中的优势种昆虫，如蝗虫和蚂蚁等，产生竞争或者互惠关系，进而对草地植物群落特征，如物种组成和多样性等产生影响；.4）揭示了放牧家畜作为草地重要决定者，其通过与植物多样性相互作用，而对重要生态系统过程和功能产生影响的机制。发现植物多样性梯度可以调节放牧家畜的采食行为，从而影响家畜放牧对草地植物生产力、土壤C、N循环等生态系统功能和过程的下行调控作用强度。..本项目获得吉林省科学技术奖一等奖1项。共发表论文23篇，其中SCI论文15篇，其中大多发表在生态学顶级期刊，如Ecology, Journal of Ecology, Proceeding of Royal Society: Biological Sciences, Ecological Applications, Soil Biology and Biochemistry, Journal of Applied Ecology等期刊上。获得发明专利1项。本项目共培养博士生9名，硕士21名。申请吉林省行业标准1项。在国际国内会议做特邀报告共15人次，参加国际学术会议13人次。..本项目丰富了植物联合防御理论，物种竞争/互惠理论，多营养级多样性理论等重要生态学理论，并提出混合家畜放牧可有效维持草地生物多样性及功能稳定的观点。.