基于性状多样性和变异性的天山高寒草地生产力变化机制研究

The response patterns of ecosystem functioning to different environmental conditions is central topic in ecological research and the underlying mechanisms may closely related to functional traits. Currently, the development of trait-based approaches have promoted the studies on functional diversity and intraspecific variation, and thus provided new sight for exploring the mechanisms of community assembly and ecosystem functioning. This project will be carried out at alpine meadow in Bayanbulak grassland, located in the southern Tianshan Mountains in Xinjiang Uygur Autonomous Region. By conducting a series of treatments including nitrogen addition, warming and enhancing precipitation to simulated local climate change, we aim to examine the response patterns of species diversity and functional diversity to experimental treatments. Furthermore, the relationships between productivity and functional diversity will be explored and the hierarchy response frame about the effect of intraspecific variation on production will be established. Moreover, the direct and indirect pathways for the effect of environment changes on production will be evaluated. The overall objective of our project is to find the response patterns of production variation to altered environment and explore the mechanisms underlying those patterns, then try to provide key information on predicting productivity of the grassland under future climate scenarios.

不同环境条件下的生态系统功能响应模式是生态学研究的核心内容，其机制与功能性状有着密切的联系。当前围绕功能多样性与种内变异所开展的工作是对基于性状研究途径的发展与完善，使用二者来研究生态系统功能响应为阐明其机制提供了新的视角。本项目以新疆巴音布鲁克高山草地中的高寒草甸群落为研究对象，设置氮添加、增温和增雨三种模拟当地气候变化趋势的控制实验。以此为基础系统探索功能多样性和种内变异在不同处理中的响应模式，进一步探究功能多样性引起生产力变化的机制，构建种内变异影响生产力的层级作用模型。在此基础上分析环境条件改变对生产力的直接影响和间接影响并量化每种因素的贡献大小。本项目以性状为切入点力求在前沿领域有所贡献并为预测当地生产力对气候变化的响应提供生态依据。

本项目以天山南麓的巴音布鲁克高寒草地群落为研究对象，设置氮添加、增温和增雨三种模拟当地气候变化趋势的控制实验，测定群落物种组成及常见种的5种功能性状，监测土壤理化性质和光照等环境变量；同时在全境范围内对常见种进行种子采集和功能性状的测定。在此基础上我们得到以下研究结论：（1）氮添加增加群落生产力，而增温则降低群落生产力，增雨对生产力没有显著影响，三种处理之间没有显著的交互作用，氮添加与增温对生产力的影响作用随着实验时间而增强；（2）氮添加、增温和增雨及其组合对物种多样性没有显著影响；增温与氮添加后群落的功能丰富度增加，增温+增雨+氮添加处理降低群落的功能分歧度、功能离散度和Rao指数，说明增温与氮添加后群落物种所占据的功能空间增加而在增温+增雨+氮添加共同作用下群落内物种所能占据的生态位减少；（3）将物种多样性与功能多样性结合起来可以更好的解释各个处理条件下生产力的变化，质量比假说与生态位互补假说同时发挥作用；（4）短期内的增温与增雨处理没有导致群落功能组成发生变化，而在增温+增雨+氮添加处理中群落水平上的高度增加，种子重量减小，叶片磷含量降低，群落水平高度的增加主要是由于氮添加后高度较高的禾草类物种增加导致，群落水平上种子重量减小则是由于种子重量较大的豆科类物种减少，群落水平上磷含量降低则是因为稀释效应；（5）分解群落功能组成的变异来源发现，高度、比叶面积和种子大小的变化来源主要为物种周转，种内变异的贡献很小，而对于叶片氮磷含量这两种化学性状而言，种内变异的贡献高于物种周转，这说明相对于其他形状而言叶片元素含量是比较容易调节的性状；（6）竞争-扩散权衡存在于当地植物群落当中，这种模式的出现主要是由于杂草类物种当中强烈的竞争扩散权衡所决定；由于当地禾草广泛存在无性生殖模式因此并未严格受到资源的限制，所以禾草类当中没有出现竞争-扩散权衡关系。