降水与地下水减少对半干旱区沙质草地植物功能多样性的影响

Functional diversity is commonly considered to be the good predictor of how ecosystem process and function varying in response to the global climate change. Precipitation and groundwater decreasing is the important limiting factor which effect on community structure and plant functional traits in semi-arid region. However, there are few studies about how integrated affects of precipitation and groundwater on the functional diversity which based on plant functional traits at community scale. In this project proposal, we will survey the biodiversity, plant functional traits of dominant species, soil moisture content and groundwater table and use this data to estimate the plant functional diversity in Horqin sand land. The objectives are to determine the relationships between precipitation/groundwater and functional diversity, and then examine the response of functional diversity to precipitation and groundwater decreasing will be studied by simulating different levels of precipitation and groundwater in the field of Horqin Sandy grassland. This project also will quantitative study how precipitation decreasing, groundwater reducing and the interaction of this two factors induce functional diversity convergence or divergence. Overall, our aim is to experimentally examine the variance at community scale in response to the global climate change, and determine how precipitation and groundwater decreasing influence ecosystem functioning restoration in the Horqin sandy grassland.

植物功能多样性可以更加敏感和准确的指示出生态系统过程和功能对环境因子变化的响应，对于认识全球变化对生态系统功能的影响具有重要作用。降水和地下水减少是半干旱区植物群落结构和功能性状的重要限制因子，然而相关研究没有综合考虑降水和地下水减少对群落结构和功能多样性的影响。本项目以半干旱区科尔沁沙质草地代表性植物群落为研究对象，通过测定植物群落的结构、优势植物功能性状、土壤水分含量与地下水埋深，分析基于群落尺度的功能性状（以植物功能多样性指示）与降水和地下水的相关性，并通过模拟降水和地下水减少的控制实验，从机理上阐述沙质草地植物功能多样性对降水和地下水的响应，定量化描述降水减少、地下水减少以及二者交互作用对植物功能多样性的趋同和趋异影响，为进一步认识全球变化下沙质草地在群落尺度上的响应机制和沙质草地生态系统功能的恢复提供科学依据。

全球变化和人类活动引起的地下水位和降水格局的变化是困扰人类生产生活的重要限制因素，在原本缺少降水的半干旱区地下水位埋深的问题随着高耗水经济作物（如玉米）的大面积种植而显得愈发严重。本项目以内蒙古半干旱区科尔沁沙质草地代表性群落为研究对象，通过原位挖掘法获取野外植物群落，设置不同地下水埋深深度模拟试验。连续4年观测了不同地下水埋深条件下土壤养分、酶活性、根系和地上部分性状的变化，探讨了植物群落功能多样性对地下水减少的响应。通过降水模拟试验，研究了群落尺度功能多样性对不同降水情景的适应机制。本项目完成了地下水位减少和降水变化对沙质草地影响的研究，从个体和群落两个尺度阐明了功能性状和功能多样性的适应机制。重要结果有：（1）植物粗根比根长和细根比根长对地下水位具有不同适应对策，表明植物通过调节细根和粗根的投入比例在有限的资源投入下获取更多可利用水分；（2）地下水埋深驱动土壤养分条件的变化是驱动地下生物量格局变化的关键因素，影响程度分别为：土壤SOC>土壤总氮>土壤全磷>pH；（3）从群落尺度揭示了不同生活史植物群落的功能多样性对地下水埋深变化的响应存在明显差异。多年生根茎型植物群落通过调整其分蘖枝数应对地下水位的波动，而多年生灌木群落通过调整群落尺度比叶面积和群落尺度比根长应对地下水位的变化；（4）构建了新的基于功能多样性空间及空间重叠的计算方法。本项目获取了半干旱区地下水位埋深变化和降水变化下典型植物群落响应策略的一系列关键数据，包括土壤养分、根系性状、植物性状和植物功能多样性等。本项目为半干旱区植被恢复提供了新思路，在进行植被恢复时不仅仅要考虑降水的变化还需要考虑地下水位的变化。本项目也为功能多样性的计算提供了新方法，为生态系统的功能和稳定性提供了新的评价指标。