三江源地区人工植物群落多样性对生物量的影响研究

植物多样性-生物量关系的研究主要关注地上生物量和地上植物特征,但占比更大且理应承载更多群落功能的地下部分却较少被研究,其机理也较少被探讨。本研究选用垂穗披碱草(Elymus nutans)、花苜蓿(Medicago ruthenica)、鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)、黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)构建了多样性梯度为1~5、重复4次且周期为1年的盆栽试验,探讨了地上与地下的多样性-生物量关系。结果表明:物种增加使净多样性效应显著增强(P<0.001),使群落获得更高的地下和总生物量。净多样性效应的次要来源特征依赖性互补效应随着物种丰富度的增加而显著增加(P<0.001),根冠比和平均根径的变化在其中发挥重要作用。非特征依赖性互补效应和优势度效应的作用却十分有限。因此,根冠比和平均根径带来的选择效应的变化是正向植物多样性-生态系统功能关系的关键驱动因素,应给予更多的关注。

三江源地区人工克隆植物群落生物多样性对初级生产力的影响及机制

克隆植物具有独特的竞争和繁殖方式,这可能会使其构建的群落呈现不一样的生物多样性-生态系统功能关系,但是本议题却极少被研究。本研究利用垂穗披碱草、花苜蓿和鹅绒委陵菜构建了一个生物多样性试验,并将单播和混播重复3次,且将垂穗披碱草作为所有混播的固定物种,以此跨越两个生长季测试生物多样性对生产力的影响。本研究发现,物种丰富度和地上生物量之间并没有线性正相关关系,但是大多数混播的净多样性效应(NE)都是显著的,且NE主要来源于非特征依赖性互补效应(TICE)。较强的TICE主要来自地上垂直空间的互补性利用;其次来自底层物种鹅绒委陵菜光吸收能力的增强。沿着时间和物种丰富度梯度,垂穗披碱草的优势度增强,鹅绒委陵菜的优势度下降,致使特征依赖型互补效应(TDCE)和优势度效应(DE)随之增强,但是它们对NE的贡献有限。另外,以上3种效应均随时间增强。总之,本研究的结果表明克隆植物群落表现出了不一样的多样性-生产力关系模式,并且这种多样性效应主要来自地上垂直空间的互补性利用。

羊草基因型多样性能增强种群对干扰的响应

研究了不同基因型多样性(1、3、6三种基因型组合)羊草种群的地上生物量、地下生物量、分蘖数、根茎芽数和根冠比5个指标对干扰强度(用不同留茬高度来模拟)的响应。结果表明:(1)基因型多样性和干扰强度对地上生物量、地下生物量、分蘖数和根茎芽数均有显著影响(P<0.05),但两者的交互作用不显著(P>0.05)。其中,多基因型组合(3、6基因型组合)羊草种群中这4个响应变量的值均显著高于单基因型羊草种群(P<0.05);而干扰强度的增加显著降低了这4个响应变量的值(P<0.05)。对于根冠比这一响应变量来说,仅干扰强度对其产生了显著地影响(P<0.05)。(2)29个基因型多样性效应值中,有25个值大于0,其中12个表现为显著的基因型多样性正效应。依Loreau和Hector的方法将多样性净效应分解后发现,互补效应和选择效应共同主导12个响应指标的基因型多样性效应,而互补效应独自主导3个、选择效应独自主导5个响应指标的基因多样性效应;但对基因型多样性正效应起主要贡献的是互补效应。所得结果表明,基因型多样性能提高羊草种群的表现,能增强羊草种群对干扰的响应,不同基因型间的互补作用对这种正效应起主要贡献,这将为该物种种质资源保护和合理利用提供理论指导。

内蒙古典型草原建群种羊草基因型多样性抑制群落物种多样性的生态功能

植物群落的物种多样性以及群落建群种的基因型多样性对群落生态功能是否存在交互影响已成为群落生态学研究的热点内容。以内蒙古典型草原群落内常见物种为研究对象,研究了群落物种多样性与建群种羊草(Leymus chinensis)基因型多样性及其交互作用对群落生物量生态功能特性的影响。结果表明:(1)羊草基因型多样性、物种多样性及其交互作用对群落地上、地下和总生物量无显著影响(P>0.05);(2)羊草基因型多样性、物种多样性及其交互作用对多样性效应(净多样性效应、互补效应和选择效应)有显著影响(P<0.05)。羊草基因型多样性抑制多样性净效应的发挥,且主要抑制互补效应;而物种多样性则促进多样性净效应的发挥,主要表现为选择效应对地上生物量的正效应;(3)互补效应对群落生物量多样性净效应起主要贡献。实验所得结果不仅为探讨多样性效应在物种水平以及群落水平上对群落生物量的影响因素提供了重要启示,而且为内蒙古草原种质资源的保护及合理利用,乃至生态系统的恢复和重建提供理论指导。

一年生植物群落内取样效应和互补效应的分离

利用人工建植的1年生植物群落对物种多样性-生产力关系及其潜在作用机理———取样效应和互补效应进行了研究。结果表明,不同多样性水平内群落生产力变化幅度较大,不同的物种组合对生产力水平也有较大的影响。植物种多样性与群落生产力之间呈二次函数关系。计算表明,所有混播群落均程度不同地存在多样性净效应,但不同多样性水平间及同一多样性水平内,净效应变化较大。物种多样性与生产力净效应间亦呈二次函数关系。多样性净效应与群落生产力水平呈显著正相关关系。多样性净效应的两个组成部分———取样效应和互补效应对多样性的变化有不同的反应:互补效应与物种多样性间呈单峰格局关系;而取样效应与多样性间呈显著的正相关关系。取样效应和互补效应均随着群落生产力的提高而显著增强。结果还表明,除物种多样性外,物种的组成(或物种的特性)对群落生产力、多样性净效应及其分解成分———取样效应和互补效应均有显著影响。据此,可以认为在短期多样性实验中,取样效应和互补效应均对多样性-生产力正相互关系产生作用,但取样效应的强度要大于互补效应。

一年生和多年生豆禾混播草地超产与多样性效应的比较

为了测度一年生和多年生豆禾混播草地的超产效应与植物多样性效应的关系,明确一年生和多年生混播草地的高产优势,探索豆禾混播草地多样性效应和超产效应对其生态功能的响应机制,于2013–2015年在新疆伊犁地区昭苏盆地开展了3年的牧草产量观测试验。该试验设置3种牧草混播种类和混播比例,分别为一年生豆禾混播草地(2种牧草混播, AM2)和多年生豆禾混播草地(2种牧草混播, PM2;4种牧草混播, PM4;6种牧草混播, PM6),豆禾混播比例分别为6:4、5:5和4:6。结果表明:1) 2013、2014年和3年平均值AM2的超产幅度小于PM2和PM6, 2015年AM2的超产幅度大于PM2、PM4和PM6;混播群落生产力与群落组分中生产力最高产物种单产以及各组分种平均单产的差值表现出相似的规律。2) 2013、2014年和3年平均值AM2的互补效应大于PM2、PM4和PM6,AM2的选择效应则远小于互补效应,PM2、PM4和PM6的互补效应则比较稳定。3)物种丰富度和物种均匀度与牧草产量(群落生产力)大部分情况下呈单峰的"饱和上升型"模式,分别在4种牧草混播和豆禾混播比例为5:5时,具有较高生产力。4)多年生豆禾混播草地的互补效应、选择效应和多样性净效应均随生长年限的延长而呈下降趋势,也导致了超产幅度、超产效应及其稳定性的下降。由此可见,在建植初期,互补效应和选择效应共同主导了多年生豆禾混播草地的超产效应,而随着生长年限的延长,选择效应则成为主要影响因素;一年生豆禾混播草地的超产效应则一直受互补效应的影响。

基因型数目对溚草生长表现的影响

物种内基因型多样性是否具有类似物种多样性的生态功能是恢复生态学与保护生态学研究的热点问题。在一些群落建群种的研究中,基因型多样性被证明确实具有与物种多样性类似的生态功能,然而群落伴生种是否也具有类似的生态功能并没有实验证据。本研究以中国北方草原群落伴生种溚草为研究对象,采用单因素实验设计,构建溚草基因型单种和4基因型混种2种处理,通过2次收获分别得到溚草地上部绿叶干重、地上部枯叶干重、地上部干重(绿叶+枯叶)、地下部干重以及分蘖数5个指标对基因型数目的响应。结果表明:(1)尽管所得结果均表明4基因型组合种群的表现优于基因型单种,但仅第一次收获时地下部干重这一指标在两种处理之间差异显著(P<0.05);(2)仅第一次收获时地下部干重的基因型多样性净效应为显著正效应(P<0.05);(3)将所得多样性净效应分解为互补效应和选择效应,发现9/10的互补效应值为正值但与0之间差异不显著(P>0.05),而7/10的选择效应为负值,且第二次收获时地上部枯叶干重的选择效应显著小于0(P<0.05)。这些结果表明,群落伴生种溚草混种时选择效应不对基因型多样性正效应起正面作用,而基因型间并不能发挥类似物种多样性间的功能互补,因此仅在1/10指标中得到基因型多样性效应的正效应,显著低于已有的关于物种多样性以及建群种基因型多样性所得结果,这些结果为合理评价退化草原的生态功能提供了新的视角。