草地异质性性-多样性关系及其对家畜放牧的响应

This study aims to examine the relationship between soil resource heterogeneity and plant diversity, and effects of livestock grazing on soil heterogeneity, plant diversity and their correlations, which were conducted across five primary grassland types in northern China. This study will comprehensively discover the effect of soil resource heterogeneity in maintaining grassland plant diveristy, by examining heterogeneity characteritics of multiple soil variables including soil N, P、water andpH at different spatial scale, and analying the correlations of compositional heterogentiy and structural heterogeneity with plant diversity respectively.Furthermore we will deeply understand the regulating mechanism of herbivore grazing on heterogeneity-diversity relationship, by studying effects of grazing on soil heterogeneity and plant diversity at different spatial scale. This study may have important implications theoretically and practically for further understanding maintenance of plant divesity for grassland grazing ecosystem, and protecting grassland biodiversity and achieving sustainable development of grassland ecosystems, effectively managing the grassland.

本研究拟在位于欧亚大陆草原带的我国北方五个代表性草地类型，同步开展草地土壤资源异质性与植物多样性的相关关系，以及放牧对不同草地类型的土壤空间异质性、植物多样性、及其二者间关系的影响研究。通过分析土壤资源的多个变量（氮、磷、水分）在不同空间尺度的异质性特征，以及异质性的多个特征变量（组成异质性，结构异质性）与植物多样性的相关关系，全面揭示不同草地类型土壤资源异质性对植物多样性的作用规律；同时通过放牧家畜对不同尺度草地空间异质性和植物多样性的作用效应分析，深入理解和认识放牧家畜对草地异质性-多样性关系的调控机制。本项目对于进一步全面理解草地放牧生态系统的多样性维持机制，保护草地生物多样性以及实现草地生态系统的持续发展与科学管理具有重要的理论价值和实际指导意义。

生物多样性的形成和维持机制一直是生态学研究的核心论题。特别是当前随着人类活动干扰所导致的生态系统不断趋于简单化，生物多样性不断降低，为了维持草地生物多样性和系统的正常生态过程，深入理解草地植物多样性的形成及维持机制显得尤为重要。资源环境的异质性通常被认为是多样性形成和维持的重要因素之一。在草地生态系统中，除了土壤资源及环境对植物多样性维持具有重要作用外，草食动物放牧作为草地主要的干扰和利用方式，是影响草地植物多样性的重要生物因素。然而，草食动物放牧与土壤资源异质性对植物多样性的联合效应很少被检验。本项目在沿着降水梯度的不同草地类型（草甸草原、典型草原、荒漠草原）上，深入开展了不同放牧方式（牛单牧、羊单牧以及牛羊混牧）对草地土壤资源异质性、植物多样性、及其二者间关系的影响研究，获得了以下重要研究成果：1.发现适度放牧能够提高土壤资源异质性，其作用强度依赖于不同放牧家畜种类以及草地类型，并进一步揭示了放牧对草地土壤异质性的作用机制，即，排泄物的返还是放牧提高土壤氮异质性的主要途径；2.创新性地发现，排泄物的作用效应随草地降水量的降低而逐渐减弱；此外，羊的排泄物对于土壤氮异质性的贡献大于其他动物组合，尤其是在降水量相对较高的草甸草原和典型草原；3.揭示了放牧通过改变土壤资源对植物多样性的间接调控途径与放牧通过采食的直接作用途径的相对贡献的尺度依赖性，发现草食动物对于植物α-和β-多样性的下行调控作用均强于土壤资源的上行调控作用。该项目所获得的重要研究成果不仅丰富了放牧草地生态系统生物多样性的维持机制，同时可为制定合理的放牧管理制度提高草地植物多样性提供重要理论基础。本项目以申请者为第一或通讯作者在国际生态学、环境学、动物学、农学的一流SCI杂志- PNAS,Journal of Applied Ecology, Functional Ecology,AEE等发表论文15，其中12篇发表在学科主流刊物1区TOP上；发表中文期刊论文（科学通报）1篇；圆满完成了研究目标、实现了项目的预期研究成果.