华北平原小麦-豆科牧草间作农田生物固氮关键功能群性状及其对生态系统服务影响研究

目前，生态系统服务研究主要集中在不同区域的生态系统服务价值核算，较少关注生态系统服务形成的存在复杂联系的生态系统属性和过程，难以为生态系统服务变化分析和不同生态系统服务权衡提供科学依据。本研究选取中国科学院禹城综合试验站的小麦-苜蓿、小麦-三叶草和小麦-苜蓿+三叶草三种间作系统，通过田间试验，利用15N同位素示踪技术和功能群性状-服务分析方法，对华北平原农田豆科牧草生物固氮功能群及其性状进行研究，探索农田非生物因子和生物固氮功能群性状与生态系统属性和服务的关系，分析性状-生态系统服务关系中潜在的生物固氮基础生态学过程，构建基于功能群性状-生态系统属性-生态系统服务的研究框架，为基于功能群性状的简单分析来理解生态系统服务动态变化及其相互之间的权衡提供了可能，对阐明生物固氮过程对功能群性状-生态系统服务关系影响机制有重要意义，为基于生态系统属性和过程的生态系统服务研究提供新的思路。

本项目基本按照原计划执行，基本完成项目设定目标和研究内容，完成了项目预期研究成果，发表论文2篇。.功能性状通过影响生态系统的属性和过程及其维持来影响生态系统服务。功能多样性－生态系统功能关系的研究有助于深入探讨生态系统服务形成机制，也为生态系统服务研究提供了一个切入点。本研究对目前的功能性状和生态系统服务研究框架进行了介绍，回顾了功能多样性－生态系统功能关系的研究现状，总结了目前功能性状在生态系统服务研究中的应用，提出了基于功能性状的生态系统服务研究框架。在这个研究框架中，首先选取对生态系统功能影响显著的非生物因子和功能多样性指数，然后量化非生物因子和功能多样性与生态系统功能，以及生态系统功能－生态系统服务之间的关系，进而构建功能多样性与生态系统服务的数量关系。与此同时，利用群落构建理论和物种共存机制分析功能多样性－生态系统功能变化的机制联系，以研究生态系统服务形成和变化机制，为生态系统服务管理决策提供科学依据。.基于该研究框架，本研究收集了国内研究较多的小麦－蚕豆和玉米－蚕豆间作系统研究数据，评价了这两类豆禾间作系统的非生物环境因子、性状因子、生态系统属性和生态系统服务，然后分析了生态系统属性和服务与非生物环境因子和性状因之间的相关关系，构建了生态系统属性和服务与非生物环境因子和性状因子之间的多元线性回归模型。研究结果显示，小麦-蚕豆间作系统单位面积总生物量可由单株根瘤个数和单株根瘤干重建立的带常数项的多元线性回归模型进行拟合（R2=0.822）。单位面积氮转化量和单位面积总粗蛋白产量可由单株根瘤个数和土壤有机质含量建立的带常数项的多元线性回归模型进行拟合（R2=0.726）。玉米-蚕豆间作系统单位面积总生物量，可由施氮量构建的带常数项的一元线性回归模型进行拟合（R2=0.264）。单位面积总氮转化量和单位面积总粗蛋白产量可由净面积根瘤干重密度构建的带常数项的一元线性回归模型进行拟合（R2=0.310）。