基于种间相互作用的锦鸡儿属植物灌丛化对草地群落结构的影响机制研究

Shrub encroachment is a common phenomenon in grasslands world-wide, which affects community composition and diversity, thereby influencing ecosystem functions and services. However, an integrated understanding of the mechanisms underlying the effects of shrub encroachment on community structures from the perspective of interspecific interactions is still lacking. Caragana shrubs play an important role in the shrub encroachment in the Inner Mongolian grassland ecosystem, yet the effects of Caragana shrub encroachment on grassland community structures remain unclear. In this proposal, we plan to conduct a field experiments along the climatic drought gradient in the Inner Mongolia grassland to address this knowledge gap. We will study: (1) the effects of the representative Caragana species on community structures (both aboveground and belowground communities) in the Inner Mongolia grassland, and how these effects vary along the climatic drought gradient; (2) the mechanisms underlying the effects of shrub encroachment on community structures in terms of the filtering effect, selective effect, and the facilitation/competition effect of Caragana shrubs on other species. Our proposed study will provide the theoretical basis for a better understanding of the effects of shrub encroachment on grassland ecosystem structure and functioning, and better management and utilization of Caragana species resources to fully exert their ecological roles in regulating grassland ecosystems.

灌丛化已成为全球草地生态系统的普遍现象，灌丛化会影响草地群落结构，进而影响生态服务功能。从种间相互作用角度探讨灌丛化对草地群落结构的影响机制尚缺乏深入研究。内蒙古草原的灌丛化主要是由锦鸡儿属灌木引起的。而关于锦鸡儿属植物灌丛化对草地群落结构的影响及其机制未见报道。本项目拟在内蒙古草原，沿着气候干旱梯度，①研究锦鸡儿属代表种对草地生态系统的群落结构（包括地上、地下群落）的影响，并分析这些影响沿着气候干旱梯度的变化；②从灌木对其它物种的过滤作用、选择作用和促进/竞争作用三个方面探讨锦鸡儿属灌木灌丛化对草地群落结构的影响机制，同时分析这些生态过程沿着气候干旱梯度的变化。本项目的研究成果将使我们深入了解锦鸡儿属植物灌丛化对草地生态系统的影响及其机制，为科学管理和合理利用锦鸡儿属植物资源，充分发挥其在调节草地生态系统结构和功能中的作用提供理论依据。

灌丛化已成为全球草地生态系统的普遍现象，灌丛化会影响草地群落结构，进而影响生态服务功能。从种间相互作用角度探讨灌丛化对草地群落结构的影响机制尚缺乏深入研究。本项目在内蒙古草原，沿着天然气候干旱梯度，研究了锦鸡儿属灌丛化对草地群落结构（植物群落、土壤线虫和微生物群落）的影响；探究了种间相互作用（物种过滤作用、物种选择性、物种促进和竞争作用等）在锦鸡儿属灌木调控草地群落结构中的作用；分析沙地环境在锦鸡儿属灌木入侵草地中的作用；评估了放牧和围封对锦鸡儿属灌木个体形态、有性繁殖、克隆繁殖和种群增长的影响。研究结论如下：（1）锦鸡儿属灌木促进了丛内草本植物、土壤线虫和土壤微生物总群落和功能群的物种丰度、多度、生物量、种子库、幼苗建成、微生物活性、线虫代谢足迹等属性，改变了群落和功能群的组成；灌丛对群落的效应随干旱增加而增强。（2）灌木通过物种过滤作用、物种选择性、物种促进和竞争作用等调控草地群落结构。（3）灌丛通过改变土壤理化性质、缓解干旱胁迫而影响了土壤生物群落。（4）灌丛对植物群落、土壤线虫群落和微生物群落的影响有密切相关性；灌丛选择性土壤微生物促进了草本植物群落生长，提高了草本植物抗旱性。（5）灌木通过改变土壤性质促进草本群落，土壤因子的贡献从大到小的顺序是：湿度、养分、生物和酶。（6）沙质生境有利于锦鸡儿属灌木的种子萌发、植株生长、有性繁殖和克隆繁殖，这是灌木入侵草地重要机制。（7）放牧导致锦鸡儿属灌木植株小型化，降低种群增长率；放牧改变了繁殖格局，从而影响种群年龄结构、种群遗传多样性和种群分布格局；长期禁牧导致锦鸡儿属灌木有性繁殖能力大幅降低，阻止其在草地中扩张。通过研究使我们掌握了灌丛化对草地生态系统的影响及其机制，为科学管理和利用灌木资源，充分发挥其在调节草地生态系统结构和功能中的作用提供理论依据，为从种间相互作用角度研究灌木对草地群落结构的影响机制提供了范例。