碎屑系统物种多样性对有机质分解的影响:垂直多样性和水平多样性的相互作用

Understanding how species diversity affects ecosystem functioning requires integrating diversities across trophic levels (vertical diversity) and within trophic levels (horizontal diversity). Previous studies on biodiversity-ecosystem function (BEF) relationships principally focused on either vertical diversity or horizontal diversity, but neglected the effect of interactions between them. In this program, we will focus on the interactions between vertical diversity and horizontal diversity consisting of different organic matter sources (including yak dung, sheep dung and horse dung) ? detritivores (four coprophagous beetle species) ? predators (four predatory beetles) in a Zoige alpine meadow. Specifically, we will focus on the ecological consequences and underlying mechanisms of the interactions by changing diversities of detritus species (1 and 3 dung types), detritivore species (0, 1, 2, and 4 coprophagous beetle species) and predator species (0, 1, 2 and 4 predatory beetle species) in mesocosms. The major research objectives are to reveal the interaction effects on density and behavior of species involved and on the rates of detritus organic matter decomposition and nutrient release. The results will be of theoretical significance to understanding BEF relationships and also of practical value to biodiversity conservation and pasture management.

全面理解物种多样性-生态系统功能关系需要整合研究水平多样性(营养级内的物种数量)和垂直多样性(营养级的数量)两个维度的多样性效应。但是，当前的物种多样性研究集中于单一维度，忽略了对二者之间相互作用的研究。本项目将在若尔盖高寒草甸生态系统，以重要碎屑组分（牦牛粪，羊粪和马粪）-碎屑分解者（4种粪食性甲虫）-捕食者（4种捕食性甲虫）形成的碎屑食物网为研究对象，通过改变碎屑多样性（1种，3种）、分解者多样性（0, 1种，2种，4种）以及捕食者多样性（0, 1种，2种，4种）的实验方法，研究垂直多样性和水平多样性相互作用的生态系统效应及其机制，重点研究这种相互作用对动物密度和行为的影响，以及对有机质分解和养分释放速率的影响。项目结果既有望在理论上为生物多样性?生态系统功能关系研究提供新思路，又能阐明高寒草甸重要碎屑组分有机质的分解过程，从而为生物多样性保护和生态系统管理提供理论依据。

碎屑有机质是维持生态系统物质循环和能量流动正常运转的关键环节。在给定的气候条件下，碎屑有机质的分解速率很大程度上取决于分解者群落的物种组成、多样性和相互关系。然而前期研究更加关注非生物因素的作用而很少考虑碎屑有机质分解的生物过程。.若尔盖高寒草地是我国第五大牧区，土壤和牦牛粪是重要碎屑有机质源。本项目以粪甲虫和土壤动物等分解者群落为研究对象，通过野外控制实验，探讨分解者的生态系统功能及机制。主要研究内容包括：1）水平多样性和垂直多样性相互作用对碎屑有机质分解的影响；2）分解者功能属性介导的营养级联效应；3）环境变化对高寒泥炭地土壤有机质分解的影响。.项目取得的主要研究结果包括：1）在高寒草甸牛粪分解者食物网中，粪甲虫多样性对牛粪分解速率没有显著影响，捕食性甲虫的存在降低了牛粪分解速率且强度随分解者多样性增加而增强。作用机制在于分解者物种差异导致的捕食者取样效应，即当分解者共存时捕食者对小个体粪甲虫的取食强度高于大个体。2）碎屑捕食者的级联效应强度和方向依赖于分解者的功能属性。对于掘洞型粪甲虫而言，捕食性甲虫通过捕食风险迫使其生境下移而不是降低其数量，从而增加了深层土壤的通气性和养分有效性，促进了植物生长，但粪甲虫的行为变化没有改变牛粪分解速率；相反，当猎物为粪居型甲虫时，捕食者显著降低了其数量，导致牛粪分解速率降低，植物生长受限。3）高寒泥炭地水位下降降低了土壤湿度，改善了土壤通气状况，导致植物从湿生群落（嵩草）向中生群落（条叶银莲花）演替，植物地上生物量增加。同时，水位下降增加了大型土壤动物（蚯蚓）的种群成活率、土壤跳虫和土壤线虫的多度，最终降低了土壤有机碳和氮素含量。.以上研究结果表明，高寒草甸碎屑有机质的分解受环境条件（如水位下降）、土壤性状、植物、分解者群落结构、分解者功能属性和种间关系等因素共同影响，较为系统地阐述了全球变化背景下的高寒生态系统碎屑有机质的分解过程。