中国北方草地生物多样性－稳定性关系对氮素梯度的响应模式和潜在机制

Biodiversity is the basis of human survival and development. Nitrogen deposition resulted from human activities has posed serious threat to biodiversity, whose widespread loss will affect the stability of ecosystem structure and functioning and the ability of ecosystems providing reliable products and services for humanity. In recent years, global diversity losses caused by nitrogen enrichment and the diversity-stability relationships have gained wide interest among scientists. Amounts of evidences show that diversity facilitates ecological stability and there is linear relationship between them. However, the limited understanding of the pattern and mechanism underlying diversity－stability in the context of global nitrogen deposition poses a severe challenge to predict the vegetation community dynamics and stability of ecological products and services to humankind. The project will examine the diversity－stability relationship and its mechanism at population, functional groups and community through manipulative and pot experiments. Our results will facilitate biodiversity conservation and maintenance of ecological stability. Meanwhile, the conclusions will enrich the theory basis of global change ecology and plant ecology, and provide research case and data support for adaptive management on grassland ecosystem and sustainable development science.

生物多样性是人类生存和发展的基础，由人类活动导致的氮沉降已对生物多样性构成了严重威胁。生物多样性的丧失必然会影响生态系统结构和功能的稳定性，进而影响生态系统向人类社会提供产品和服务的可持续性。近年来，氮沉降导致的全球生物多样性锐减和生物多样性－稳定性关系的探讨受到了科学家的高度关注。大量的研究表明生物多样性有利于生态系统稳定性，二者呈现正向的线性关系。然而，我们对全球氮沉降背景下二者关系及其驱动因素的理解十分有限，这为预测植被群落动态和生态系统给人类提供产品和服务的稳定性及可持续性提出了严峻的挑战。本项目利用控制实验和盆栽实验从物种，功能群和群落三个层次探讨多样性－稳定性关系对环境变化的响应模式和潜在机理。我们的研究结果将有利于生物多样性的保育和生态系统功能稳定性的维持，丰富全球变化生态学和植物生态学的理论基础，为草原生态系统的适应性管理和可持续发展科学提供研究实例和数据支持。

全球活性氮沉降已成为一个不争的事实，以前的研究已经证实氮富集可以通过降低生物多样性和物种间的协同效应来削弱生态系统和初级生产力的稳定性。生物多样性是人类生存和发展的基础，由人类活动导致的氮沉降已对生物多样性构成了严重威胁。生物多样性的丧失必然会影响生态系统结构和功能的稳定性，进而影响生态系统向人类社会提供产品和服务的可持续性。.该科研项目利用植物群落的原位控制实验，从植物种群、植物功能群和植物群落三个层次检验生物多样性－生态系统稳定性的关系及潜在机理。在中国北方半干旱的温带典型草原生态系统中，设置了八个氮素添加的梯度，评估不同氮素添加梯度对植物群落结构和植物物种数的效应，我们随机选取一平方米大小的调查样方，测量每个样方里的物种数和植物群落生物量。植物的主要元素含量，土壤的温度、湿度、酸碱度、无机氮含量及相关的物理环境变量。我们的结果发现植物群落物种数与土壤酸碱度、凋落物量、土壤湿度和无机氮含量都存在显著的相关关系，它们对氮梯度下的生物多样性的变异都做出贡献，其中土壤酸碱度和凋落物含量起的作用相对较大。我们的结果也显示氮素添加对生态系统生产力和提供产品的负向效应，同时，在不同的氮素添加水平下，生物多样性和生态系统稳定性间保持着种正向的线性关系。氮素添加降低节生态系统初级生产力和植物群落物种数，同时降低了植物种群的协同效应和初级生产力的变异程度，从而使整个生态系统的稳定性得以降低，因此，我们的研究揭示了氮素添加对生物多样性和生态系统稳定性的负向效应，也进一步验证了随着全球范围氮沉降的加剧，生物多样性的降低，干旱和半干旱地区的食物安全会受到威胁。我们的研究结果有利于生物多样性的保育和生态系统为人类提供产品、服务稳定性的维持。我们的结论丰富了全球变化生态学和植物生态学的理论基石，为全球草地生态系统的适应性管理和可持续科学的发展提供研究案例和数据支持。