内蒙古典型草原生物多样性与生态系统功能关系的控制实验研究

以我国温带典型草原作为模式生态系统，依托中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站已经建立的生物多样性与生态系统功能关系研究的控制实验平台，从物种、功能群和群落三个层次，研究物种多样性和功能群组成与生态系统生产力和稳定性的关系，以及它们对资源水平、气候波动和干扰的响应机制。根据生态化学计量学的原理，从植物-食草动物-土壤微生物等三个营养级水平，分析生态系统组分的化学计量学特征，揭示草原生态系统生物多样性与生态系统功能之间的内在联系，并对现有的生物多样性与生态系统关系的理论进行验证。为我国退化生态系统的恢复与重建、生物多样性保护和生态系统管理提供科学依据。

以我国温带典型草原作为模式生态系统，依托中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站建立的生物多样性与生态系统功能关系研究的控制实验平台，从物种、功能群和群落三个层次，研究了物种多样性和功能群组成与生态系统生产力和稳定性的关系，以及它们对资源水平、气候波动和干扰的响应机制。结果如下，（1）植物多样性不同剔除方式对地上生产力有重要的影响，对地下生物量也产生显著的影响，而且不同功能群的去除间具有显著的交互作用。例如，PB的去除对其他功能群去除以否的影响有交互作用。我们的结果一方面表明根系生物量与功能群组成有关，另一方面也表明它们间的关系可能间接依赖于功能群的丰富度。分析表明，这种影响可能与根系P库含量的变化有关。植物功能群多样性促进生态系统碳固定（NEE）、生态系统呼吸（ER）和生态系统总生产（GEP），而且功能多样性与NEE关系在年际间没有变化，这说明年际间差异没有改变功能多样性对NEE的效应；（2）土壤矿化作用对植物多样性变化的响应存在滞后效应，另外，优势功能群如PB和PR的影响要大于非优势功能群（PF，AB）。经过剔除处理后，土壤中无机氮（铵态氮和硝态氮）的含量都随着群落中功能群多样性的增加而降低。我们还发现了内稳性指数高的物种具有较高的优势度和稳定性，内稳性高的生态系统也具有较高的生产力和稳定性。植物的功能性状特征对于植物的竞争能力具有重要的影响；（3）火烧和氮素沉降增加引起的生态系统植物群落组成的变化对于我国北方温带草地生态系统的生物地球化学循环途径具有重要的影响，也即火烧和氮素沉降增加将通过对植物功能性状影响，改变群落的物种组成和多样性，从而影响生态系统的养分循环过程；（4）草地生态系统中蝗虫对植物和土壤C：N：P的化学计量学特征有强烈的下行控制作用。随着蝗虫取食的增加，植物生物量下降，凋落物量增加，植物群落也逐渐成为非蝗虫喜食植物占优势。在有关土壤线虫的研究中，我们的结果也表明，植物功能群特性对线虫群落组成的影响要超过植物功能群多样性的影响。氮增加通过改变机遇作用的大小，改变生态系统中的生物多样性，这种改变可能对植物和微生物的影响并不相同。我们的研究对于揭示草原生态系统生物多样性与生态系统功能之间的内在联系，并对现有的生物多样性与生态系统关系的理论进行验证，也为我国退化生态系统的恢复与重建、生物多样性保护和生态系统管理提供科学依据。