天山北坡中段草地生态系统多功能性对放牧的响应

生态系统多功能性(EMF)是指生态系统能够提供多种服务和功能的能力。放牧是草地资源实现开发和利用的主要途径之一,但草地EMF对放牧干扰的响应尚不明确,且其驱动因子仍不清楚。以天山北坡中段草地生态系统为研究对象,基于野外植物群落调查和室内土壤理化性质分析以及微生物高通量测序,探讨轻度放牧、重度放牧和未放牧处理下草地EMF的变化规律。结果表明,(1)相较于重度放牧,轻度放牧显著提高草地生产力、土壤碳养分、土壤氮养分、土壤磷养分、土壤钾养分等生态系统单一功能以及多功能性(P<0.05)。(2)线性拟合结果表明,草地生态系统单功能和多功能性与植物Shannon⁃Wiener指数、土壤细菌Shannon⁃Wiener指数、土壤真菌Shannon⁃Wiener指数、土壤含水量之间呈显著正相关关系(P<0.05),与土壤容重呈显著负相关关系(P<0.05)。(3)通过结构方程模型总体来看,放牧能够直接对EMF产生负向效应,也可通过植物多样性和土壤细菌多样性及其二者之间的相互作用间接地对EMF产生负向效应,并且同时考虑多个生态系统功能对放牧的响应可以更好的反映整个生态系统的变化。研究强调了植物群落多样性和土壤微生物群落多样性对维持草地生态系统功能及多功能性的重要性,轻度放牧处理是更好地保护生物多样性及维持草地EMF的可行策略,该结果揭为合理制定天山北坡中段草地生态系统的可持续经营和管理提供了理论参考。

天山北坡中段放牧草地生态系统功能权衡关系的研究

草地生态系统功能保障着人类的生存发展,是草地畜牧业的重要基础。以天山北坡中段草地为研究对象,设置轻牧(LG),重牧(HG)和禁牧(CK)3种处理,基于野外植被调查和室内分析及高通量测序技术,利用单功能法和平均值法得到草地生产力、土壤碳贮存、土壤养分循环、生物多样性和土壤微生物量5种草地生态系统功能以及生态系统多功能性(EMF),并使用均方根偏差法(RMSE)分析放牧干扰下草地生态系统功能及多功能性之间的权衡关系。结果表明,相较于CK,HG显著降低草地生态系统功能及多功能性(P<0.05)。放牧可以改变生态系统功能之间原有的权衡关系,但土壤养分循环功能与土壤碳贮存功能的权衡关系对放牧响应不敏感。根据多项功能权衡协同分析的结果显示,生态系统功能ERMSD值为LG(E_(RMSD)=0.07)<HG(E_(RMSD)=0.10)<CK(E_(RMSD)=0.12),这意味着在LG处理下的草地生态系统功能间的均衡性和协调性最优。综上,本研究区最适宜放牧强度为LG,有利于最大程度地提高草地生态系统功能间的协同效应。

小浪底库区消落带植物物种多样性与生态系统功能的关系

物种多样性在促进土壤养分循环、提高植物群落生产力等功能方面发挥着重要作用.以小浪底库区的消落带为研究区域,对消落带内的植被群落展开野外调查,并对土壤的环境、化学成分等进行测算.研究发现:(1)Patrick指数、Shannon指数、Simpson指数、Pielous指数都与生态系统多功能性存在显著的正相关关系,而物种的Pielous指数对生态系统多功能性影响大,表明生态系统的维持稳定与提高多功能服务需要均匀性高的优势种来支撑;(2)物种多样性与植物群落生产力功能都存在显著的正相关关系.Patrick指数与土壤养分循环功能存在显著的正相关关系.表明:植物物种多样性较高的植物群落具有较高的生产力,多个物种或群体在有限资源生存生产的生态位差,促进土壤养分的循环与吸收.(3)环境因子中的pH值、水分含量是影响物种多样性和生态功能发挥作用的主要因子,其中:环境因子中水分含量仅对物种Shannon指数有影响,物种多样性对生态功能的正向作用大于土壤碱性对生态功能的影响.

巴音布鲁克高寒草甸植物功能多样性与生态系统多功能性关系沿海拔梯度的变化

明确植物功能多样性与生态系统多功能性(EMF)之间的关系,可以更清晰地阐释生态系统功能的变化。以往生物多样性-生态系统功能关系的研究仅停留在对单一生态系统功能(SEF)的实验性或观察性调查,忽略了生态系统能同时提供多种功能和服务这一最本质的重要价值。该研究以巴音布鲁克高寒草甸为研究区,在海拔2194-3062m范围内以200 m左右为间隔设置了5个海拔高度,选取土壤全氮含量、硝态氮含量、铵态氮含量、全磷含量、速效磷含量、全钾含量、速效钾含量、土壤密度、植物群落地上与地下生物量10个与养分循环、土壤有机碳蓄积和植物生长有密切联系的指标,综合各指标平均值来表征EMF。结果表明:(1)群落物种组成沿海拔梯度变化较大,海拔2600 m处物种丰富度显著高于其他海拔;功能均匀度指数(FEve)、功能丰富度指数(FRic)和功能分散度指数(FDis)均随着海拔的升高呈现“单峰”变化趋势,最高值分别出现在2600、2800、2800m处;Rao二次熵指数(Rao’Q)整体呈现单调递减趋势。(2)各海拔高度上FRic、FDis与EMF间均存在极显著的正相关关系,分别解释了EMF 47%和43%的变化;在海拔2600 m处FEve与土壤养分循环指数、土壤有机碳蓄积指数间存在显著相关关系;海拔3000 m处Rao’Q与土壤养分循环指数、有机碳蓄积指数和EMF间均存在显著相关关系。(3)通过构建结构方程模型分析海拔梯度上植物功能多样性与EMF的关系可知,海拔以功能多样性为媒介作用于EMF,其中功能丰富度对EMF的影响最大,验证了功能多样性与EMF间存在互补效应。综上,随着海拔的变化,功能多样性会做出相应的变化,进而影响SEF和EMF,功能多样性对于维持EMF具有重要的意义。