典型土地利用类型高寒草地植物功能多样性演变与对生态系统碳储量效应研究

Relationship between plant traits, functional diversity and ecosystem carbon sequestration function is the key of biodiversity-ecosystem functioning (BEF) and the focus of response of the sensitive and fragile ecosystems to land use/cover changes. It is still the heated argument among ecologists and remains unsolved. Plant traits and functional diversity are important biological factors and act as a mediator strongly influencing the processes of carbon input, output and retention in grassland, and can be used to predict responses of plant communities and ecosystem carbon sequestration to land use/cover changes. However, understanding of the patterns and mechanisms of plant trait, functional diversity and ecosystem carbon stock during land use changes of alpine grasslands is still not consistent. The present project, by means of field community investigation, sampling and quantitation of plant traits, soil factors, carbon pool of pant-soil system, and statistical analysis, focuses on plant functional traits, soil, community structure and composition, and ecosystem carbon stock of typical grasslands under different land uses in Three Rivers' Source Regions, Qinghai-Tibetan Plateau. The aims are three-fold: 1) to select the suitable plant functional traits, and recognize changes of traits and functional diversity; 2) to select functional diversity indices best predicted ecosystem carbon stock, and quantify their relationships, and to compare the relative importance of taxonomy- and community parameters-based species diversity indices and functional trait-based functional diversity indices in explaining grassland carbon stock; 3) to reveal the formation and regulation of grassland ecosystem carbon stock based on plant functional traits in alpine grasslands undergoing different land use changes. The study will be not only theoretically significant for the expansion of plant traits-based community and ecosystem ecology, but also practically indispensable for the protection and utilization of grassland in the vital ecological function area and the recovery of degraded grassland ecosystem.

植物性状、功能多样性与生态系统固碳功能关系是近年来生物多样性与生态系统功能关系研究和草地生态系统响应土地利用/覆盖变化研究的热点。植物性状作为调解器强烈影响生态系统碳输入、输出和保持，可预测生态系统固碳功能对土地利用/覆盖变化的响应。而高寒草地土地利用类型转变中，植物性状、功能多样性、生态系统碳储量的演变规律及机制仍未厘清。本项目以高寒草地（天然草地、退耕还草地、多年生人工草地）群落结构、植物性状、土壤因子和生态系统碳储量为研究对象，采用群落调查、植物性状和土壤因子、生态系统碳储量测定、统计分析等方法，探究植物性状及功能多样性、生态系统碳储量演变规律；确定物种多样性和功能多样性与生态系统碳储量的关系及其相对重要性；揭示高寒草地土地利用—植物功能性状—生态系统碳储量均衡关系及调节机制。这不仅对拓展基于植物性状的群落生态学有理论意义，而且对重要生态功能区草地的保护利用及退化草地恢复有实践意义。

植物性状、多样性与生态系统固碳功能关系是生物多样性与生态系统功能关系研究和草地生态系统响应土地利用/覆盖变化研究的热点。高寒草地土地利用类型转变中，植物性状、功能多样性、生态系统碳储量的演变规律及机制仍未厘清。本项目以高寒草地（天然草地、退耕还草地、多年生人工草地）群落结构、植物性状、土壤因子和生态系统碳储量为研究对象，采用群落调查、植物性状和土壤因子、生态系统碳储量测定、统计分析等方法。1）结合三江源国家公园建设，建立了长期试验样地，并完成数据采集；2）三江源区一年生禾豆混播中，小黑麦单播会加快土壤有机质周转，燕麦和箭筈豌豆双优势种混播有增加土壤有机质的潜力；3）三江源区垂穗披碱草人工草地在一个完整种植周期内（5 年），随着种植年限的增加CO2通量先增加后减小，是一个弱的碳汇，其中，除了种植第1 年表现为碳源；GPP主要由空气温度、植被多样性指数（Simpson指数）和生长季长度共同控制，植被多样性指数直接影响着生长季NEE；管理措施影响着人工草地NEE的年际变异；4）封育和施肥处理的天然高寒草地和退耕还草恢复草地表明，生长季降水量对土壤养分积累由重要影响。这也说明在半干旱草地生态系统中，增温和降水增加有利于土壤氮磷矿化；5）模拟长期增温（1997-2015年，18年）处理的高寒草地和对照中的种子大小物种-特异性改变，高寒草地植物种平均种子大小在温暖生境中胁迫较小而降低，也可能表明在种子发育过程中温暖环境热量更多而平均大小增加；6）通过国家公园区域内家畜和主要野生草食动物的营养生态位体积和重叠，现有家畜和主要野生草食动物的数量，保障牧民基本需求的家畜存栏量等核算出需要保护的自然区域面积最低比例，自然比例，其理论值、现实值和预期值分别为90%、30%和74%；通过区域资源空间配置优化，现实值和预期值可达到67%和87%。这不仅对拓展基于植物性状的群落生态学有理论意义，而且对三江源国家公园和重要生态功能区草地的保护利用及退化草地恢复有实践意义。