青海湖流域典型草地物种丰富度与生产力的关系

通过2009-2010年青海湖流域的样地实测数据,研究了不同尺度物种丰富度与生产力的关系,并初步探讨了其形成机制.结果表明:青海湖流域典型草地物种丰富度与生产力的关系在小尺度上(群落内和群落间)表现为线性正相关、负相关,在大尺度上(区域)则以单峰相关为主.沼泽草甸和高寒草甸的物种丰富度随生产力的增加而降低,高寒草原和温性草原的物种丰富度随生产力的增加而增加.在整个研究区内则表现为单峰型相关.研究还表明,研究区群落生产力的变化范围为65～585 g·m-2·a-1,物种丰富度为2～9种;生产力从高到低的顺序为沼泽草甸＞高寒草甸＞高寒草原＞温性草原.     

中国北方典型草地物种丰富度与生产力的关系

利用2002–2004年内蒙古和甘肃南部几种典型草地的实测资料,研究了不同尺度物种丰富度与生产力的关系,并初步探讨了其形成机制。结果显示,温带草地的物种丰富度随生产力的增加而增加,但受空间尺度影响。在群落尺度(同一群落),在7种样方数大于15的群落中,仅沙生针茅(Stipaglareosa)群落物种丰富度与生产力呈现单峰型关系,其余均呈现线性正相关关系;在植被类型尺度,物种丰富度–生产力之间表现为显著的正相关关系;在研究区尺度,物种丰富度随生产力的增加而显著增加。研究还表明,研究区群落生产力的变化范围为13–368g·m–2·yr–1,物种丰富度为4–35种;生产力从高到低的顺序为:高寒草甸>草甸草原>典型草原>荒漠草原。     

高寒草地植物物种多样性与功能多样性的关系

物种多样性与功能多样性的关系是生态学当前研究的热点问题之一,不同区域典型生态系统物种多样性和功能多样性的关系研究有利于生物多样性保护理论的全面发展。以青藏高原地区的主要草地生态系统—高寒草甸和高寒草原为研究对象,采用4个物种多样性指数(Patrick丰富度指数、Shannon-Weiner多样性指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数)和9个功能多样性指数(FAD功能性状距离指数、MFAD功能性状平均距离指数、基于样地的FDp和基于群落的FDc功能树状图指数、FRic功能体积指数、FEve功能均匀度指数、Rao功能离散度常二次熵指数、FDiv功能离散指数、FDis功能分散指数),分析了高寒草地植物物种多样性、功能多样性关系及其与初级生产力的关系,以期阐明3个科学问题:不同草地类型的高寒草地生态系统植物物种多样性和功能多样性有何差异?高寒草地生态系统的植物物种多样性和功能多样性有何关系?高寒草地生态系统物种多样性、功能多样性对生态系统功能的影响有何异同?研究结果表明:(1)与高寒草原相比,高寒草甸具有更高的物种多样性、功能丰富度和功能离散度;(2)高寒草甸中,Patrick丰富度与功能丰富度指数(FAD、MFAD、FDp、FDc)和功能离散度指数(FDiv)的具有较强的相关性,最优拟合方程分别为幂函数和二次多项式函数;(3)高寒草原中,Patrick丰富度与功能丰富度指数(FAD、MFAD、FDp、FDc、FRic)、Shannon指数和Simpson指数与FEve指数的相关性较强,最优拟合方程为二次多项式函数,Pielou指数与FEve指数的相关性较强,最优拟合方程为指数函数;(4)高寒草甸的初级生产力分别与物种丰富度指数Patrick、功能离散指数FDiv具有较强的相关性;而高寒草原的初级生产力与4个物种多样性指数间均具有较强的相关性,与功能离散指数FDiv具有较强的相关性,最佳拟合方程均为二次多项式函数。研究的总体结论为:物种多样性、功能多样性、二者之间的关系以及二者与生态系统服务功能(以初级生产力为例)之间的关系在高寒草甸和高寒草原群落中表现迥异,因此在研究青藏高原高寒草地的生态功能时,不能仅仅测度传统的物种多样性,还应测度与物种多样性、生态功能密切相关的功能多样性。     

高寒草甸不同草地群落物种多样性与生产力关系研究

生态系统的结构和功能、生物多样性与生产力的关系问题是近年来群落生态学中研究的中心问题,其中,生态系统生产力水平是其功能的重要表现形式,用4种不同草地类型探讨自然群落的物种多样性与生产力关系.结果表明,矮嵩草草甸、小嵩草草甸和金露梅灌丛群落中物种多样性与生产力的关系呈线性增加关系,藏嵩草沼泽化草甸群落中线性增加关系不显著,这表明群落生产力除受物种多样性的影响外,也受物种本身特征和环境资源的影响.不同的环境资源和环境异质性是形成群落结构特征、物种多样性分布格局差异的主要原因之一.     

一年生植物群落内取样效应和互补效应的分离

利用人工建植的1年生植物群落对物种多样性．生产力关系及其潜在作用机理——取样效应和互补效应进行了研究。结果表明,不同多样性水平内群落生产力变化幅度较大,不同的物种组合对生产力水平也有较大的影响。植物种多样性与群落生产力之间呈二次函数关系。计算表明,所有混播群落均程度不同地存在多样性净效应,但不同多样性水平间及同一多样性水平内,净效应变化较大。物种多样性与生产力净效应间亦呈二次函数关系。多样性净效应与群落生产力水平呈显著正相关关系。多样性净效应的两个组成部分——取样效应和互补效应对多样性的变化有不同的反应：互补效应与物种多样性间呈单峰格局关系;而取样效应与多样性间呈显著的正相关关系。取样效应和互补效应均随着群落生产力的提高而显著增强。结果还表明,除物种多样性外,物种的组成（或物种的特性）对群落生产力、多样性净效应及其分解成分——取样效应和互补效应均有显著影响。据此,可以认为在短期多样性实验中,取样效应和互补效应均对多样性．生产力正相互关系产生作用,但取样效应的强度要大于互补效应。     

高寒草甸植物群落中物种丰富度与生产力的关系研究

 以物种组成较为复杂的青藏高原东部地区典革高寒草甸植物群落为背景,从不同的时间和空间尺度水平研究了植物群落中物种丰富度与生产力（地上部生物量）关系的基本模式。结果表明：1）总体而言,高寒草甸植物群落中物种丰富度与生产力的关系呈对数线性增加关系,这实际上是空间和时间尺度放大时在时间和空间尺度的相互作用下高寒草甸植物群落中物种丰富度与生产力关系的一种总体模式;2）随着研究的时间和空间尺度的改变,物种丰富度与生产力的关系会发生一些相应的变化,但空间尺度比时间尺度对物种丰富度与生产力的关系造成的影响更为显著,这可能     

基于地形因素的高寒草甸土壤温湿度和物种多样性与初级生产力关系研究

山地是高寒草甸的主要分布区,地形变化引起了土壤温湿度和物种的差异性分布,进而影响到草地生态系统生产功能。为明晰高寒草甸山地环境因子(土壤温湿度)和物种多样性(丰富度、多度、均匀度、优势度)与初级生产力的关系,本研究以青藏高原东北缘马牙雪山支脉的高寒草甸山体为研究对象,选择阶地、阴坡、山脊和阳坡与3个海拔梯度段,调查了189个样方的植物群落组成和土壤温湿度。采用线性回归法分析土壤温湿度和物种多样性与初级生产力之间的关系。结果表明:(1)以山地高寒草甸整体为研究单元,初级生产力只随物种多度的增加而显著增加(R~2=0.07 P=0.01)。(2)坡向影响初级生产力的因素不同,阴坡初级生产力与物种丰富度正线性相关;山脊初级生产力与土壤湿度正线性相关,也随物种丰富度增加而显著增加;阳坡初级生产力与物种多度正线性相关;阶地初级生产力随均匀度增加而显著增加,随优势度增加而显著降低。(3)只有低海拔区(2860-2910 m)初级生产力随物种多度和丰富度的增加而显著增加。综上所述,山地高寒草甸土壤温湿度和物种多样性与初级生产力关系受坡向比海拔的影响更大,且物种多样性对初级生产力的影响大于土壤温湿度。建议山地高寒草甸生态系统生产和生态管理过程中要重点考虑坡向对植物多样性和初级生产力的影响。     

系统发育多样性对青藏高原高寒草甸的稳定性影响

生物多样性较高的草地生态系统能够充分利用生态环境资源,提升生态系统的多功能性。本文以青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象,基于多元线性回归和结构方程模型,阐明系统发育多样性、物种多样性和环境因素对高寒草甸生态系统稳定性的影响。结果表明：高寒草甸系统发育多样性、物种多样性和环境因素与生态系统稳定性之间均存在正相关关系,且具有尺度依赖性。小样方尺度高寒草甸通过物种多样性(丰富度指数)和环境因素对生态系统稳定性产生影响,作用系数分别为0.237和0.221。系统发育多样性主要受到物种多样性影响,作用系数为0.812(P<0.001)。大样方尺度生态系统稳定性主要受到环境因素、物种多样性影响,作用系数分别为0.364和0.246(P<0.05)。随着样方尺度的增大,高寒草甸的系统发育多样性、物种多样性和环境因素对生态系统稳定性的影响逐渐增强,且环境因素的作用效应逐渐占据主要地位。因此,应充分注重系统发育多样性和物种多样性在维持高寒草甸生态系统稳定性的作用。     

喷灌对藏北高寒草地生产力和物种多样性的影响

通过3a(2008—2010年)的藏北高寒草地喷灌试验,研究了不同喷灌量对草地群落生产力和物种多样性的影响。结果表明,丰水年灌溉对藏北高寒草地的影响较小;而在相对干旱年份灌溉对高寒草地生产力和物种多样性影响显著。喷灌条件下高寒草地生物量显著提高,最高增幅出现在高水(GS)样地中,达到116%。喷灌明显促进物种重要值提高,其中灌木和阔叶杂草比例增加趋势更为明显。不同喷灌条件下优势物种相对重要值均有不同程度的降低,高水处理降低幅度最大。物种多样性方面,喷灌措施能够明显促进高寒草地Simpson指数和Shannon-weiner指数增加(P0.05),E.Pielou均匀度指数无显著变化(P0.05)。Shannon-weiner指数与生物量之间存在显著正相关关系(P0.05)。未来降水增多的气候条件可以减少干旱对高寒草地带来的负面影响,有利于提高草地生产力和维持草地物种多样性,促进高寒草地畜牧业健康发展。     

刈割、施肥对高寒草甸物种多样性与生态系统功能关系的影响及群落稳定性机制

植物群落中不同“功能身份”物种的多样性与特定生态系统功能之间具有何种关系及其作用机制尚不明确。通过在高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期5年的刈割(不刈割、留茬3 cm、留茬1 cm)、施肥(施肥、不施肥)和浇水(浇水、不浇水)控制实验, 研究了刈割与土壤资源获得性梯度上不同“功能身份”物种(群落中所有物种、响应物种、作用物种和共有物种)的多样性变化与群落地上净初级生产力和稳定性的关系以及稳定性机制。研究结果显示: 群落中响应物种、作用物种和共有物种数分别占全部物种数的36.6%、18.3%和64.8%, 物种多样性对生态系统功能具有不同的效应, 净初级生产力主要受响应物种和作用物种的多样性变化影响, 而稳定性则主要由共有物种的多样性变化决定; 群落稳定性的维持主要依赖于共有物种的多样性增加, 其作用机制是投资组合效应, 而超产效应和异步性效应对稳定性并无作用; 刈割和施肥对物种多样性、稳定性和净初级生产力具有相反的影响, 前者能增加物种多样性和稳定性, 并降低净初级生产力, 而后者的作用正相反。这与群落中全部物种的多样性变化受刈割影响较大, 而作用物种的多样性变化受资源获得性影响较大有关。上述结果表明高寒草甸生态系统地上净初级生产力主要由少数影响生产力的作用物种的多样性决定, 而稳定性则由大量共有物种的多样性所掌控。投资组合效应是物种多样性导致稳定性的机制。由于群落中不同物种的多样性效应具有分异性, 对于特定的生态系统功能而言, 物种的“功能身份”可能比物种多样性本身更重要, 不加区别地笼统定义物种多样性与生态系统功能的关系可能欠妥。     

施肥和刈割对亚高山草甸物种多样性与生产力及其关系的影响

施肥和刈割分别对植物群落物种多样性和生产力有重要的影响。采用不同施肥水平和刈割频度, 研究了施肥和刈割对亚高山草甸植物群落物种多样性与生产力及其关系的影响。结果显示, 5年的施肥和刈割处理对群落地上生物量均有显著影响, 但对物种多样性影响不显著; 物种多样性与生产力之间的关系因施肥和刈割次数的不同而不同, 有负相关、二次函数关系和不相关等几种类型, 多数为不相关。此结果表明施肥和刈割并不总是一致性地影响群落物种多样性与生产力。因此, 不同施肥和刈割处理下的亚高山草甸植物群落生产力与物种多样性之间并没有确定的关系。     

Effects of fertilization and clipping on species diversity,productivity and their relationship in subalpine meadow

施肥和刈割分别对植物群落物种多样性和生产力有重要的影响。采用不同施肥水平和刈割频度, 研究了施肥和刈割对亚高山草甸植物群落物种多样性与生产力及其关系的影响。结果显示, 5年的施肥和刈割处理对群落地上生物量均有显著影响, 但对物种多样性影响不显著; 物种多样性与生产力之间的关系因施肥和刈割次数的不同而不同, 有负相关、二次函数关系和不相关等几种类型, 多数为不相关。此结果表明施肥和刈割并不总是一致性地影响群落物种多样性与生产力。因此, 不同施肥和刈割处理下的亚高山草甸植物群落生产力与物种多样性之间并没有确定的关系。     

Seasonal changes in the relationship between plant species richness and community biomass in early succession

We analysed the relationship between plant species richness and productivity on first-year-old fields at two similar sites in central Europe. At both sites, a wide range of productivity levels was available resulting from different long-term fertilisation. In order to identify underlying mechanisms of the species richness–productivity relationship we included the seasonal dynamics and the number of individuals of each species in our analysis. We sampled 10 and 21 plots, respectively, at the two sites in May, June and July by harvesting all aboveground parts of vascular plants in 0.25 m² subplots. Species richness, number of individuals of each species and community biomass as a surrogate of productivity were recorded in each sample.At one site, the relationship between species richness and biomass was significantly positive in the May and June harvest. This relationship disappeared in the July harvest due to a reduction in species richness at high productivity levels. The relations between species richness and number of individuals and between number of individuals and biomass paralleled the species richness–productivity relation but the individual number–biomass relationship remained positive until the last harvest. Between-species differences in individual number–community biomass relationships and their seasonal dynamics revealed “interspecific competitive exclusion” even though the species richness–biomass relationships were not negative or hump-shaped. At the second site, species richness was not related to productivity or to number of individuals. Our study demonstrated the importance of temporal dynamics and regional processes in understanding species richness–productivity patterns.     

内蒙古高原典型草原区河漫滩湿地植物群落退化表征

草原区河流河漫滩草甸是生物多样性表现最充分和生物生产力最高的地段, 但由于过度放牧利用, 绝大部分草甸处于退化状态。该文以锡林河流域中游的河漫滩草甸为研究对象, 比较分析了围封保育湿地与放牧退化湿地的群落组成、地上生物量, 以及共有植物种的植株高度、节间长、叶长、叶宽, 土壤含水量、容重, 群落地下根量及根的分布, 土壤微生物生物量碳、氮的变化。结果表明: 1)放牧使得湿地植物群落优势种发生变化, 原有湿生植物逐渐向旱生化转变, 同时地上及地下生物量明显降低。2)退化湿地的植物呈现显著小型化现象。3)放牧退化湿地的土壤含水量较围封保育湿地低, 其垂直分布及地下根的垂直分布也发生变化。在低河漫滩, 土壤水分随土层的增加而增加, 根量也趋于深层化。但在高河漫滩湿地, 土壤含水量接近典型草原, 根未出现深层化分布趋势。4)放牧践踏引起土壤容重和土壤紧实度增加。5)放牧使得低河漫滩湿地土壤微生物生物量增加, 而在过渡区及高河漫滩湿地, 放牧使得土壤微生物生物量碳、氮含量显著降低。     

土壤肥力和物种属性决定亚高寒草甸实验群落的生产力

生物多样性与生态系统功能之间的关系及其形成的内在机制还存在很多争议。为了揭示植物群落生产力形成的生态学机制, 采用盆栽方法探讨了物种多样性、物种属性以及施肥水平与植物群落生产力之间的关系。研究结果显示: 在不施肥和每盆施5.0 g磷酸二铵的条件下, 随着物种多样性的增加, 地上生物量增加不显著; 在每盆施10.0 g磷酸二铵的条件下, 随着物种多样性的增加, 地上生物量显著增加。相对于中华羊茅(Festuca sinensis)而言, 垂穗披碱草(Elymus nutans)和垂穗鹅观草(Roegneria nutans)对群落生产力的贡献较大, 但在不同施肥水平和播种密度下, 其影响不完全相同。这表明物种多样性对群落生产力的影响随着土壤肥力的变化而变化; 并且植物群落生产力受组成群落的物种属性影响较大, 而物种属性又与特定时间和特定生境下资源的利用方式相联系。在高肥力水平下, 物种多样性之所以对群落生产力具有正效应, 可能是因为高肥力水平增加了可利用的生态位空间, 最终仍体现在物种组合上。因此, 植物群落的生产力与物种多样性之间没有必然的联系, 而与土壤肥力和土壤肥力决定的物种属性有关。     

Nonlinear responses of productivity and diversity of alpine meadow communities to degradation北大核心CSCD

Aims The alpine meadow degradation could have profound effects on the grassland productivity. The aim of our study is to clarify the dynamic response of community productivity and species diversity in the process of alpine meadow degradation. Methods In the Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Northern Tibetan Grassland Ecosystem Research Station (Nagqu station), we conducted stages experiments with multiple degradation levels: control, mild degraded meadow, moderate degraded meadow, severe degraded meadow and serious sandy meadow. Important findings The response of aboveground biomass to alpine meadow degradation showed a linear or nonlinear increased response patterns, but the belowground biomass and total biomass decreased nonlinearly. As observed in measurement of aboveground biomass, Margalef index, Simpson index, Shannon-Wiener index and Pielou evenness index also exhibit a nonlinear increased response to degradation. The results of structural equation models showed that belowground biomass has a positive relationship with soil carbon content (p < 0.05) and volume water content (p < 0.1). However, soil nutrient and soil physical properties had no significant impact on aboveground biomass (p < 0.1). Compared with soil physical properties, soil nutrition is an important factor influencing the diversity index. In our study, the nonlinear responses of productivity and diversity of alpine meadow were described by using the multiple levels of degradation in space. The results suggested that aboveground productivity cannot interpret the degree of degradation of alpine meadow, and by contrast, alpine meadow degradation should be measured by the change of plant functional groups, such as edible grasses and poisonous forbs. © 2018 Editorial Office of Chinese Journal of Plant Ecology. All rights reserved.     

Functional dominance rather than taxonomic diversity and functional diversity mainly affects community aboveground biomass in the Inner Mongolia grassland

The relationship between biodiversity and productivity has been a hot topic in ecology. However, the relative importance of taxonomic diversity and functional characteristics (including functional dominance and functional diversity) in maintaining community productivity and the underlying mechanisms (including selection and complementarity effects) of the relationship between diversity and community productivity have been widely controversial. In this study, 194 sites were surveyed in five grassland types along a precipitation gradient in the Inner Mongolia grassland of China. The relationships between taxonomic diversity (species richness and the Shannon–Weaver index), functional dominance (the community‐weighted mean of four plant traits), functional diversity (Rao's quadratic entropy), and community aboveground biomass were analyzed. The results showed that (1) taxonomic diversity, functional dominance, functional diversity, and community aboveground biomass all increased from low to high precipitation grassland types; (2) there were significant positive linear relationships between taxonomic diversity, functional dominance, functional diversity, and community aboveground biomass; (3) the effect of functional characteristics on community aboveground biomass is greater than that of taxonomic diversity; and (4) community aboveground biomass depends on the community‐weighted mean plant height, which explained 57.1% of the variation in the community aboveground biomass. Our results suggested that functional dominance rather than taxonomic diversity and functional diversity mainly determines community productivity and that the selection effect plays a dominant role in maintaining the relationship between biodiversity and community productivity in the Inner Mongolia grassland.     

Grazing alters species relative abundance by affecting plant functional traits in a Tibetan subalpine meadow

Domestic livestock grazing has caused dramatic changes in plant community composition across the globe. However, the response of plant species abundance in communities subject to grazing has not often been investigated through a functional lens, especially for belowground traits. Grazing directly impacts aboveground plant tissues, but the relationships between above‐ and belowground traits, and their influence on species abundance are also not well known. We collected plant trait and species relative abundance data in the grazed and nongrazed meadow plant communities in a species‐rich subalpine ecosystem of the Qinghai–Tibet Plateau. We measured three aboveground traits (leaf photosynthesis rate, specific leaf area, and maximum height) and five belowground traits (root average diameter, root biomass, specific root length, root tissue density, and specific root area). We tested for shifts in the relationship between species relative abundance and among all measured traits under grazing compared with the nongrazed meadow. We also compared the power of above‐ and belowground traits to predict species relative abundance. We observed a significant shift from a resource conservation strategy to a resource acquisition strategy. Moreover, this resource conservation versus resource acquisition trade‐off can also determine species relative abundance in the grazed and nongrazed plant communities. Specifically, abundant species in the nongrazed meadow had aboveground and belowground traits that are associated with high resource conservation, whereas aboveground and belowground traits that are correlated with high resource acquisition determined species relative abundance in the grazed meadow. However, belowground traits were found to explain more variances in species relative abundance than aboveground traits in the nongrazed meadow, while aboveground and belowground traits had comparable predictive power in the grazed meadow. We show that species relative abundance in both the grazed and the nongrazed meadows can be predicted by both aboveground traits and belowground traits associated with a resource acquisition versus conservation trade‐off. More importantly, we show that belowground traits have higher predictive power of species relative abundance than aboveground traits in the nongrazed meadow, whereas in the grazed meadows, above‐ and belowground traits had comparable high predictive power.     

高寒草甸植物群落中物种多样性与生产力关系研究

通过对高寒草甸植物群落中物种多样性(Shannon多样性指数)与生产力(地上生物量)的关系的研究表明多样性与生产力的总体关系呈对数线性增加关系,随着观测时间和环境条件(生境)的改变,多样性与生产力的关系会发生一些变化,这是因为当观测时间和环境条件不同时,物种丰富度和物种构成以及其它的生物或非生物条件发生了相应的变化,而它们对多样性和生产力各自造成的影响是非同步性的(这种非同步实际上就是物种在时间和空间生态位上的分化);而可能由于高寒草甸生态系统的生长季较短,环境条件的改变比观测时间改变对多样性与生产力关系造成的影响更显著.观测时间和环境条件的不同可能是造成许多实验研究中得不到一个一致的多样性与生产力关系的主要原因.此外,通过对各种多样性指标进行综合分析可以对多样性与生产力的关系有一个更加全面的了解,并从中得到一些关于产生这种关系的机制的一些启示.     

氮素添加对青藏高原高寒草甸植物群落物种丰富度及其与地上生产力关系的影响

植物种群对有限资源的竞争是决定植物群落物种组成、多样性和生产力等群落结构和功能的主要因素。该文以青藏高原高寒草甸为研究对象, 研究了短期内不同水平的氮素添加对高寒草甸植物群落的影响。结果表明: 1)氮素添加提高了土壤中NO₃^--N等可利用资源的含量, 增加了植物群落植被的盖度, 减小了植被的透光率, 随着施氮量的增加, 群落中物种丰富度显著降低(p < 0.001); 2)氮素添加显著改变了植物群落的地上生产力(p < 0.05), 随着施氮量的增加, 地上生产力呈先增加后降低的变化趋势, 各功能群中禾草生物量显著增加, 而杂类草和豆科植物生物量随施氮量的增加逐渐减少; 3)物种多样性与植被透光率呈线性正相关(p < 0.05); 地上生产力与土壤NO₃^--N含量呈线性正相关(p < 0.05); 物种丰富度与地上生产力之间呈负相关关系。这说明短期内氮素添加通过改变土壤中NO₃^--N等可利用资源的含量而对植物群落物种组成和地上生产力产生影响。