人类活动对内蒙古温性草原生物多样性与多生态系统功能的影响

Humans are altering the Earth's biodiversity through a variety of activities that increase species diversity loss or species invasions from local to global scale. The changes of the Earth's biodiversity cause wide concern for they have a strong potential to ecological processes or ecosystem functions. Scientific community has come to a broad consensus on the relationship between biodiversity and ecosystem functioning. However, many ecological observations and experiments focus on simple species richness-productivity relationships, rather than other complex ecosystem processes and ecosystem functions which depend greatly on biodiversity at different organization levels, such as species richness, species abundance, species identity and functional diversity. Human activities can modify all of the above factors. Further progress will require knowledge about how human activities affect ecological communities and ecosystem processes. We will use experiments to examine potential impacts of two human activities (N deposition, grazing and mowing,) on biodiversity and ecosystems processes (i.e., productivity, litter decomposition, respiration, carbon and nitrogen cycles) in temperate Inner Mongolia grassland.

生物多样性与生态系统功能的关系是当前生态学领域的重要科学问题。因为人类活动在不同的尺度上正改变地球表面的生物多样性格局，而这些变化在不同的时、空尺度上影响生态系统的功能。以往的研究更多集中探讨较单一的物种丰富度-生产力关系，缺少在不同组织层次上研究各种多样性(物种丰富度、物种多度、功能多样性、功能组成组成等)对多种生态系统功能影响的研究。在全球变化背景下，综合研究人类活动对生物多样性和多生态系统功能的影响尤为关键。本项目拟在内蒙古典型草地生态系统开展氮沉降、放牧和刈割的实验，研究其对不同组织层次的植物多样性的影响，以及对生态系统过程(生产力、分解、呼吸、氮矿化和碳固存等)的影响。本项目将对深入了解当前内蒙古高原草地植被群落组成变化及关键生态系统过程的影响，有重要的科学意义。

多样性决定生态系统功能。人类活动正在改变全球的生物多样性格局，而这些变化将影响生态系统功能。以往的研究主要集中在单一的维度上研究物种丰富度-生产力关系，缺少在多个维度研究各种多样性对生态系统功能的影响，并且对土壤动物和微生物的关注较少。本项目在内蒙古温带草地开展了控制实验(氮沉降、放牧和刈割)，研究其对不同生物群落、不同维度多样性和生态系统功能的影响。本项目对深入了解全球变化内容对温带草地生物多样性以及关键生态系统过程的影响具有重要意义。主要研究发现：(1)人类活动对不同生物群落的影响存在很大差异。各氮(N)浓度梯度下植物多样性均无明显降低，低氮反而促进了多年生杂类草的多样性和生物量。土壤动物不同功能群对氮添加有不同响应形式，地表节肢动物的多样性没有显著变化；低N和中N添加促进中小型土壤动物的多度，高氮则抑制。土壤线虫的多样性和多度都没有明显变化；微生物群落也没有明显变化。（2）对生态系统功能的影响：本研究区生态系统功能主要受优势种的控制。氮添加对优势植物(羊草和针茅)的功能特征具有不同影响，这种权衡关系，可能维持了生态系统的稳定性。土壤微生物在不同氮浓度下均没有显著差异，使得土壤呼吸对氮升高并不敏感。土壤碳、氮库也没有明显变化。这些结果意味着，未来大气氮沉降浓度增加后，对较干旱的草地生态系统的生物多样性以及生态系统功能的影响均比较微弱。(3) 刈割和放牧对温带草地生物多样性和生态系统功能的影响：初步研究发现，放牧但不刈割在一定程度上促进了植物群落的多样性，而刈割会影响植物的繁殖而导致群落多样性显著降低，特别是多年生杂类草受到强烈影响。但刈割+氮实验中，我们没有观察到刈割对植物群落的显著影响，一方面可能实验时间短，另一方面可能由于我们增加了氮供应，解除了氮对植物生长的限制。这部分研究由于时间较短，还需要进一步深入研究，尤其是其他生物群落的响应。