基于功能多样性的荒漠草原植物群落时间稳定性维持机制

The ecosystem is weak in resistance and self-recovery, and precipitation and biodiversity are the two main key factors that affect the sustainability of vegetable recovery and reconstruction in desert steppe. Plant functional diversity, as an important component of biodiversity, direct involvement and regulation the stability of vegetation. Understanding the mechanism of functional diversity - community stability maintenance is of great significance to the self-regulation and stability restoration of degraded ecosystems in desert grasslands. In this project, seven plant communities will be selected as the objects, which were recovered by reseeding improvement measures. Based on plant community leaves and roots functional traits, aboveground biomass and soil water content, plant functional diversity of leaves and roots, water uptake capacity and effective availability, and the temporal stability of different plant communities will be analyzed by mathematical model fitting method. We aim to (ⅰ) analysis and compare the differences in self-regulation ability and stability of different plant communities; (ⅱ) reveal the key plant functional traits determining the water uptake capacity and effective availability; (ⅲ) explore the potential mechanisms of functional diversity affects plant community stability under precipitation change. Our findings will provide a scientific basis for mimic natural native natural vegetation structure of grassland to design a sustainable vegetation restoration models.

荒漠草原生态系统抗干扰能力和自我恢复力较弱，降水和生物多样性是影响其植被恢复可持续性的主要因素。功能多样性作为生物多样性重要组成部分，直接参与和调控荒漠草原植被稳定性对降水变化的响应。理解功能多样性-群落稳定性维持机制，对荒漠草原退化草地自我调节能力和稳定维持具有重要意义。本项目拟以宁夏荒漠草原退化草地补播恢复后的7种群落为研究对象，通过改变降雨格局（增减雨30%、50%；自然降水），基于植物群落叶片和根系功能性状、地上生物量、土壤水分等指标，采用数学模型拟合分析方法，对不同植物群落地上和地下功能多样性、水分提取和利用、群落时间稳定性等展开研究，分析比较不同植物群落自我调节能力和时间稳定性差异；揭示影响群落水分提取和利用的关键功能性状指标；探明降雨变化条件下，植物功能多样性-群落稳定性维持机制。研究结果可为荒漠草原区模拟草地原生自然植被结构，构建一种可持续的植被恢复模式提供理论依据。

理解植物功能多样性-群落稳定性维持机制，对荒漠草原退化生态系统自我调节能力和稳定性恢复具有重要意义。本项目以宁夏荒漠草原退化草地恢复后的不同植物群落为研究对象，基于4年野外自然降雨量、土壤有效水储量、物理和化学属、植物群落多样性和生物量等监测数据，采用多种数学模型拟合分析，探讨植物功能多样性对群落时间稳定性调控作用，结果表明：1）降水量和功能多样性（CWM）是影响不同植物群落土壤有效水（TTSW）变化的主要控制因子：浅根系禾本科短花针茅、蒙古冰草群落，较高的叶片比叶面积、叶片碳/磷功能多样性决定了群落较高的土壤水分提取量；深根系芨芨草群落和苦豆子群落，较高的叶片干物质含量、叶片氮/磷功能多样性决定了群落较高的土壤有效水消耗。2）非地带性苦豆子和芨芨草植物群落：生物和非生物因素可解释群落稳定性60-80%的总变异；土壤理化性质主成分（主要表征为较高粗沙粒、土壤盐分含量）可单独解释群落时间稳定性32~55%的变异信息，是群落时间稳定性维持首要因子；植物群落分类和功能多样性（CWM）分别解释苦豆子和芨芨草群落时间稳定性10~20%的变异信息，是次要控制因子；苦豆子群落时间稳定性与分类多样性负相关；高的叶片比叶面积、叶片磷含量功能多样性，可通过增加对表层土壤水的提取和消耗，维持芨芨草群落时间稳定性。3）地带性的短花针茅和蒙古冰草植物群落：生物和非生物因素可解释群落稳定性11-13%的变异信息；土壤化学属性和植物群落功能多样性对群落稳定性解释量相当，共同决定了群落稳定性维持；较高盐分含量和较低pH生境下，较高的比叶面积、叶片磷功能多样性（CWM），可通过增加0-40cm土壤水的提取和消耗，维持短花针茅群落稳定性；较高土壤有机碳含量生境下，高叶片干物质含量功能多样性，在蒙古冰草群落稳定性维持中发挥重要作用。荒漠草原植物群落功能多样性对群落功能维持符合选择效应假说；多样性介导的自然恢复过程中，可考虑保护或调控群落叶片结构功能多样性水平进而提高植被稳定性。