高寒草甸植物功能多样性对物种多样性与生态系统功能关系的影响

针对功能多样性如何影响物种多样性和生态系统功能关系的问题，在中国科学院海北定位站矮嵩草草甸设置控制实验，以功能多样性的量化研究为切入点，通过递归算法和典范对应分析将群落所有物种、21个预选性状分为9个性状-物种组合，研究放牧和土壤资源梯度上功能多样性指数（FDI）、物种多样性指数（SDI）和4类生态系统功能指标（EFI）间关系模式的变化及其与物种丰富度、物种组成和植物性状特征变化的关系，分析该梯度上植物性状特征在个体、种群和群落层次的耦合变化，性状间的关联性、种间性状差异及其对SDI、FDI和EFI的影响。旨在阐明不同植物性状对维持群落物种共存和系统功能的相对贡献，揭示功能多样性影响物种多样性与生态系统功能关系的机制。本研究是前一基金项目的延续，研究成果对于构建物种多样性、功能多样性和生态系统功能关系整合研究的基本框架，制定保持草地生物多样性与生态系统功能稳定性的优化管理措施具有重要意义。

通过构建性状—物种组合系统（TS系统），研究放牧和土壤资源梯度上功能多样性指数（FDI）、物种多样性指数（SDI）和生态系统功能指标（EFI）间关系模式的变化及其与植物性状特征变化的关系，分析植物性状特征在个体、种群和群落层次的耦合变化及其对SDI、FDI和EFI的影响，阐明了不同植物性状对维持群落物种共存和系统功能的相对贡献，以及功能多样性影响物种多样性与生态系统功能关系的机制。主要结论如下：.在TS系统中，响应物种和作用物种的数量分别占全部调查物种的36.6%和18.3%，最优响应功能型和作用功能型分别占功能型总数的70%和20%，作用功能型和响应功能型的重叠度为28.5%，直接影响ANPP的物种和功能型分别占18.3%和20%。FDI、SDI、ANPP三者间的关系是性状依赖的，并受生境资源状况和刈割扰动的影响，FD对ANPP有更直接的影响。.ANPP主要由响应物种和作用物种的多样性决定，而稳定性则由共有物种的多样性掌控，投资组合效应是物种多样性导致ANPP稳定性的机制。由于不同类型物种的多样性效应具有分异性，对于生态系统功能而言，物种的“功能身份”比物种多样性本身更重要。投资组合效应之所以成为维持ANPP稳定性的机制，与成对植物性状在个体、种群和群落3个层次内以及各层次间的耦合效应变化有关，因为影响ANPP的植物功能性状的平均值和方差值均由个体水平上相关耦合关系变为群落水平上的随机耦合关系。.预测高寒灌丛草甸放牧响应的最优性状是生长型、植物倾斜度、经济类群和株高，最优响应功能型是由高植物-灌木-直立-散生和矮小植物-双子叶杂类草-莲座状组合成的2个功能型。而表征刈割与施肥处理高寒草甸群落放牧响应的最优性状是株高、叶干质量和比叶面积，在14个最优响应功能型和4个作用功能型中，作用功能型对ANPP的解释能力高达50.3%—86.4%。说明作用功能型是同时反映植被放牧响应和生态系统功能变化的最优功能型。.在刈割与施肥处理的高寒草甸群落，植物功能性状构建都表现为趋同性大于趋异性的模式，说明环境筛对该群落性状构建模式的影响大于种间相互作用的影响。同时，资源种类和资源量的差异也会影响性状构建的模式，施肥增加趋同性，浇水增加趋异性，这与刈割与土壤养分和水分资源的互作对植物具有不同的效应有关。.项目实现了预期的研究目标，是对物种多样性、功能多样性和生态系统功能关系研究的深化。