生物土壤结皮的群落属性对温带荒漠生态系统多功能性的影响

The soil biodiversity may significantly influence the ecosystem multifunctionality. Till now, most of the relative researches concerning desert ecosystems were conducted in North America, Australia and Western Europe, and few of them were related to Central Asia. In Central Asia desert ecosystems, there occurred stable snow covering during winter season, which makes them differed from those deserts in America, Australia and Europe. As a result, the ecological processes could be of great differences. The Gurbantunggut Desert in Xinjiang is regarded as a typical temperate desert in central Asia, where various kinds of biological soil crusts developed well on the sand surfaces. Based on the already established experimental sites in this desert, this study aimed to analyze community attributes of biological soil crusts and their relations to environmental factors, and the influences of them on nutrient related ecosystem functions by using the method of structural equation modelling approach. The relative importance of tested community attributes will be determined, and the interrelationship between biological community attributes and ecological multi-functionality were aimed to be revealed finally. The present research would be helpful to provide experimental data on the assessment of biological soil crusts on desert ecosystem multi-functionality.

土壤生物多样性深刻影响着整个生态系统多功能性，但目前已有的荒漠生态系统多功能性的研究大多来自北美、澳洲和西欧地区，鲜见来自中亚温带荒漠区的研究报道。中亚温带荒漠因具有冬季稳定积雪覆盖，其主要生态过程显著区别于世界其它荒漠，但其土壤生物多样性-生态系统功能关系是否也具有显著差别尚不得而知。新疆古尔班通古特沙漠是中亚温带荒漠生态系统的典型代表，地表广泛发育着各种类型生物土壤结皮。本研究基于已建立的长期样地，分析生物土壤结皮群落属性（物种丰富度、多度、均匀度和斑块的空间格局）特征及环境影响因素，探究生物土壤结皮不同群落属性对荒漠生态系统C、N、P主要养分循环过程的影响，构建结构方程模型（SEM），研究生物土壤结皮不同群落属性在影响生态系统多功能性中的相对重要性，确定驱动生态系统功能变化的关键因素，解析生物土壤结皮-生态系统多功能性之间的关系，为全面评估生物土壤结皮的生态系统多功能性提供实证。

生物土壤结皮广泛分布于干旱荒漠区地表，在维持荒漠生态系统结构与功能方面具有重要生态意义。然而生物土壤结皮斑块群落属性的变化是如何影响生态系统多功能性尚未有较明确的科学结论。鉴于此，本项目从古尔班通古特沙漠边缘到沙漠腹心沿降水梯度开展了生物土壤结皮（BSCs）斑块空间分布特征的调查研究，确定了在古尔班通古特沙漠区域尺度上影响BSCs斑块空间分布的最重要驱动因素是土壤粒径和降水，发现BSCs斑块的发育对土壤微生物群落具有重要的补充和筛选作用，揭示了受环境和BSCs演替共同影响下的土壤特性是驱 。动BSCs微生物群落多样性和群落格局的主要因素。随着结皮的发育，各形态氮素含量呈现增加趋势，不同形态氮素含量的季节变化差异能够为不同生活型荒漠植物的错峰生长提供营养基础，是荒漠植物适应干旱逆境的重要营养机制。研究了以地衣结皮为优势的BSCs斑块对古尔班通古特沙漠5种具不同种子形态特征的荒漠常见植物种子萌发、幼苗存活、生物量积累和养分吸收等方面的影响，揭示了BSCs对种子植物多样性的影响主要表现在对种子具有 “筛选”机制；研究了土壤水分、温度等水热条件以及外来氮素添加对土壤微生物群落、BSCs和荒漠草本植物群落属性的影响，以及对荒漠藓类生长和生理生态特性的影响，探明了各群落属性对气候变化的响应机制；在解析了荒漠藓类植物叶片结构、光合特征、水分生理特征的基础上，进一步开展了齿肋赤藓群体尺度的环境适应性研究。通过测定不同微生境下荒漠藓类植物齿肋赤藓斑块地上部分（茎叶）与地下部分（假根）生态化学计量特征。研究结果表明，荒漠藓类植物化学计量特征具有显著的斑块面积效应，随着齿肋赤藓斑块面积增大，齿肋赤藓地上部分（茎叶）N和地下部分（假根）C、N和P含量显著增加，齿肋赤藓斑块面积增加显著影响齿肋赤藓斑块内C、N、P循环，随齿肋赤藓斑块面积的增加有利于其生长，有助于其斑块内养分的循环，而灌丛下齿肋赤藓斑块化学计量特征随齿肋赤藓斑块面积增加无显著变化；阐明了不同群落属性之间的关系及其在影响生态系统多功能性中的相对重要性。本项目发表发表SCI论文13篇，发表CSCD论文7篇，超额完成论文发表的考核指标。依托本项目，培养博士研究生1名，硕士研究生2名。