基因型多样性对植物群落生态功能的影响

The relationship between Biodiversity and ecosystem functioning (BEF) has been a heatpoint of ecological research since 20 years ago. However, previous BEF studies are mainly focused on species or functional group level, addressing very little on another important level, genetype level. Taking advantage of vegetative growth of Leymus chinensis, a typical rhizome clonal plant, we attempt to conduct a manipulative experiment. First, we collect seeds of Leymus chinensis and then culture them into plenty of clonal ramets of different genotypes, which will be used to construct communities of different genotypic diversity. The main traits of different genotypes and fundamental ecological functions of the communits will be monitored or measured. Stresses such as drought and flooding will be applied to the communities, and then the resistance, resilience and stability of the communities will be assessed by analyzing the changes of ecological functions of the communities. Moreover, how the resistance, resilience and stability of the communities depend on genotypic diversity will also be examind. Inter-genotype compensatory effect will be evaluated based on the inter-genotypic trait differences, trait diversity and the structures of the communities, thus declare the ecological mechanisms of the relationship between the genotypic diversity and ecological functions of the communities. This study will be expected to directly provide empirical evidence for the BEF research and its theoretical framework at the level of genotypic level.

生物多样性与生态系统功能的关系在近二十年来一直是生态学家关注的热点问题，但是已有研究主要集中于物种(或功能群)多样性水平， 虽然生物多样性的另一个重要层面即遗传多样性对于生态系统功能的作用与前者同等重要，但受到的关注却较少。本项目拟利用典型根茎型无性系植物羊草的营养繁殖特性开展控制实验：在我国北方草原分布区采集羊草种子，并培养不同基因型的大量无性系分株，人为配置和建植具有不同基因型多样性的羊草群落，观测群落中各基因型羊草的各类性状和群落的生态功能，并人为施加干旱和水淹胁迫处理，以评估基因型多样性对群落抵抗力、回复力和稳定性的影响；通过基因型性状差异、群落性状多样性和群落结构的观测，解析基因型间的补偿作用，揭示基因型多样性与群落生态功能关系的生态学机制。本项目预期将在遗传多样性层面为生物多样性-生态系统功能关系研究及其理论发展提供新的直接的实验证据。

生物多样性与生态系统功能的关系在近二十年来一直是生态学家关注的热点问题，但是已有研究主要集中于物种(或功能群)多样性水平， 虽然遗传多样性作为生物多样性的重要层面，其对于生态系统功能的作用与前者同等重要，但受到的关注却较少。本项目利用典型根茎型无性系植物羊草的营养繁殖特性开展控制实验，即利用羊草的克隆繁殖特征，培养源自于我国北方草原不同地点的不同基因型的无性系分株后，人为配置和建植具有不同基因型多样性的羊草群落，观测群落中各基因型羊草的各类性状和群落的生态功能；通过基因型性状（形态性状、生理性状、种群繁殖性状和生态化学计量学性状）差异、群落性状多样性和群落结构的观测，评估基因型多样性水平对群落中植物性状多样性和群落结构的影响，解析基因型间的补偿作用，揭示基因型多样性与群落生态功能（生产力、碳固持、凋落物分解、生物多样性维持等）的关系及其生态学机制。.结果表明：第一，不同基因型羊草的营养繁殖苗数量、芽数量、根系长度、分株高度、分株重、物候期有显著差异；羊草株高、株重、叶长、叶宽、单片叶干重、单片叶面积、比叶面积、叶厚度、茎长、茎直径、茎表面积和根茎长，随基因型多样性水平增高呈先增加后降低的趋势，且多基因型多样性水平均高于单基因型多样性水平；第二，羊草群落生产力与随其基因型多样性水平上升呈单峰型变化，基因型丰富度为4时羊草群落生产力最高。我们推测，群落生产力随基因型多样性增加而呈现的上升和下降分别缘于基因型间的互补和竞争；第三，表层土壤有机碳含量随基因型多样性水平的增加而增加，但当基因型多样性水平增加8个基因型时达到最大，随着基因型数目升至12又有所下降。此外，发现羊草群落中羊草基因型多样性对其中的昆虫多样性和杂草多样性也有一定影响。本项目结果将在遗传多样性层面为生物多样性-生态系统功能关系研究及其理论发展提供新的直接的实验证据。