干旱脅迫對生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系的影響.pdf

1、研究樣地選擇在廣東省封開縣黑石頂自然保護區(qū)附近，在黑石頂及周邊地區(qū)進行植物種子收集。在采集82個植物種子的基礎(chǔ)上建立了不同物種豐富度（1、2、4、6、8、10、15、20、25、30、35、40）的人工草地樣地，在樣地群落自然生長一年后，對樣地同時進行干旱脅迫和正常對照處理。處理兩個月和四個月后，對樣地生物量和土壤氮等指標進行調(diào)查。并對生物多樣性不同組成成分（物種豐富度、優(yōu)勢物種、功能群數(shù)量與組成）與生態(tài)系統(tǒng)功能（生物量、土壤氮和穩(wěn)定性

2、）之間的相互關(guān)系進行研究。 在群落自然生長一年后，根據(jù)群落內(nèi)物種生物量所占比例，將樣地群落劃分為七個優(yōu)勢物種類型（優(yōu)勢物種生物量所占比例均在60％以上，蓋度在群落內(nèi)均最大）：刺蒴麻（Triumfetta bartramia）、肖梵天花（Urena lobata）、狗牙根（Cynodon dactylon）、黑莎草（Gahnia tristis）、藿香薊（Ageratum houstonianum）、家艾（Artemisia a

3、rgyi）和豚草（Ambrosia artemisiifolia），其余為均勻度較高沒有優(yōu)勢物種的樣地。并且，根據(jù)樣地群落內(nèi)主要33個物種（占樣地群落地上初級生產(chǎn)力的95％以上）的生長型特征，將33個物種劃分為三個功能群：一年生草本、多年生草本和灌木或半灌木。根據(jù)樣地群落內(nèi)不同功能群物種組合，將樣地群落劃分為七個功能群組成類型：一年生草本、多年生草本、灌木或半灌木、一年生草本+多年生草本、一年生草本+灌木或半灌木、多年生草本+灌木或半灌

4、木和一年生草本+多年生草本+灌木或半灌木。 （1）樣地生物量研究表明，干旱脅迫條件下，具有不同優(yōu)勢物種樣地的生物量之間存在顯著差異。而且，不同優(yōu)勢物種樣地的生物量在干旱脅迫下呈現(xiàn)明顯不同的變化趨勢。但是，具有不同物種豐富度樣地的生物量之間不存在顯著差異。這主要由于種間競爭導致優(yōu)勢物種生物量占樣地生物量的比例較大，優(yōu)勢物種生物量特征以及干旱脅迫下生物量的變化對樣地生物量有著重要的影響作用。研究同時發(fā)現(xiàn)，功能群組成對樣地生物量同樣

5、存在明顯的影響作用，隨著干旱脅迫時間延長，影響作用在逐漸增強。三類功能群中，一年生草本功能群在干旱脅迫條件下對樣地生物量有重要的影響作用。有一年生草本存在的樣地，處理四個月時生物量變化率（干旱脅迫樣地與正常對照樣地相比生物量變化率）均高于兩個月時的水平，其它功能群組成樣地的生物量變化率均低于兩個月時的水平。通徑分析結(jié)果表明，干旱脅迫和正常對照條件下，優(yōu)勢物種和功能群組成對樣地生物量有重要的影響作用，物種豐富度和功能群數(shù)量對樣地生物量的影

6、響作用較小。與正常對照相比，干旱脅迫條件下優(yōu)勢物種和功能群組成對樣地生物量的影響作用明顯改變。對功能群內(nèi)主要物種生物量分析結(jié)果顯示，同一功能群內(nèi)物種作用存在明顯差異，功能群內(nèi)物種組成對功能群生物量產(chǎn)生明顯的影響作用。然而，同一物種的生物量在不同功能群組成樣地之間同樣存在明顯差異，競爭關(guān)系改變是影響物種生物量變化的一個重要因子。對土壤根生物量的研究表明，地下根生物量與地上生物量沒有明顯的相關(guān)性，樣地根生物量的平均值隨著物種豐富度增加而增加

7、。 （2）對土壤氮研究表明，干旱脅迫條件下，優(yōu)勢物種對土壤速效氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）的影響作用明顯，而物種豐富度的影響作用較弱。研究同時發(fā)現(xiàn)，處理四個月時，干旱脅迫樣地土壤速效氮的平均含量明顯高于正常對照樣地。而且，處理四個月時，干旱脅迫樣地速效氮的平均含量顯著高于處理兩個月時的水平。這與干旱脅迫和正常對照樣地之間土壤含水量存在顯著差異有關(guān)。研究同時發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫條件下，功能群組成對土壤速效氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）同樣產(chǎn)生明顯的影響

8、作用。LSD檢驗結(jié)果顯示，正常對照條件下，對不同功能群組成類型的樣地進行配對比較，樣地土壤速效氮含量均不存在顯著差異。但是，干旱脅迫條件下，配對比較顯示灌木或半灌木和多年生草本+灌木或半灌木組成樣地與其它組成樣地之間土壤速效氮含量存在顯著差異。生物多樣性對土壤全氮影響研究發(fā)現(xiàn)，物種豐富度對土壤全氮的影響作用明顯，干旱脅迫條件下，不同物種豐富度樣地土壤全氮之間存在顯著差異。而優(yōu)勢物種和功能群組成對土壤全氮的影響作用相對較弱。與土壤速效氮相

9、比，干旱脅迫條件下，土壤全氮含量相對比較穩(wěn)定，受環(huán)境因素影響較小。 （3）以生物量變化率絕對值（處理四個月時生物量與處理兩個月時生物量相比）作為衡量群落、功能群和種群穩(wěn)定性的指標，對穩(wěn)定性進行研究。研究結(jié)果表明，干旱脅迫條件下，優(yōu)勢物種對樣地群落穩(wěn)定性的影響作用比較明顯，而物種豐富度的影響作用較弱。這主要由于試驗樣地物種均勻度較低，多數(shù)樣地生物量由一個或幾個優(yōu)勢物種控制，優(yōu)勢物種對樣地生物量變化存在重要的影響作用。研究同時發(fā)現(xiàn)

10、，干旱脅迫條件下，功能群組成對樣地群落穩(wěn)定性的影響作用明顯。干旱脅迫條件下，不同功能群組成樣地，群落穩(wěn)定性呈現(xiàn)明顯不同的變化趨勢。對不同組織水平穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫條件下，群落、功能群到種群三個組織水平的生物量變化率依次升高，而穩(wěn)定性依次降低。研究結(jié)果顯示不同功能群和功能群內(nèi)不同物種對干旱脅迫存在不同的響應(yīng)機制，低組織水平組成成分對干旱脅迫不同的響應(yīng)機制使得高組織水平具有更高的穩(wěn)定性。 （4）對29個常見物種競爭等級研究發(fā)

11、現(xiàn)，以生物量百分率代表物種綜合競爭等級，處理兩個月和四個月時，干旱脅迫和正常對照樣地內(nèi)豚草Ambrosia artemisiifolia和黑莎草Gahnia tristis生物量百分率均最高，為競爭優(yōu)勢種。處理四個月時，干旱脅迫樣地內(nèi)有多數(shù)物種生物量百分率與兩個月時相比發(fā)生明顯變化，物種競爭等級發(fā)生改變。正常對照樣地內(nèi)，多數(shù)物種生物量百分率沒有明顯變化，競爭等級未發(fā)生改變。以消亡百分率代表物種存活特征競爭能力，干旱脅迫和正常對照樣地內(nèi)物

12、種消亡百分率之間存在顯著正相關(guān)，存活特征的競爭等級未發(fā)生明顯的變化，說明干旱脅迫對物種存活特征的競爭等級的影響作用較弱。以物種生物量百分率增加值代表物種生長特征競爭能力，干旱脅迫和正常對照樣地內(nèi)物種生物量百分率增加值之間不存在顯著相關(guān)性，生長特征競爭等級明顯改變，說明干旱脅迫對物種生長特征的競爭等級有明顯的影響作用。研究同時發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫和正常對照條件下，不同物種豐富度樣地內(nèi)，豚草Ambrosia artemisiifolia和黑莎草G

13、ahnia tristis的樣地消亡百分率均最低，生物量增加百分率均最高，為競爭優(yōu)勢種。白背黃花稔Sida rhombifolia、含羞草決明Cassia mimosoides和小魚仙草Mosla dianthera的樣地消亡百分率均最高，生物量變化率均最低，為競爭劣勢種。其他物種的樣地消亡百分率和生物量增加百分率則明顯不同，競爭等級變化非常明顯。 （5）對多樣性作用機制研究表明，處理兩個月時，干旱脅迫樣地內(nèi)對生物量影響作用微

14、弱的"冗余"物種，處理四個月時，其影響作用有一定的增強。處理兩個月時，正常對照樣地內(nèi)對生物量影響作用微弱的"冗余"物種，處理四個月時，其影響作用沒有明顯變化。研究同時發(fā)現(xiàn)，處理兩個月時干旱脅迫樣地內(nèi)對生物量作用微弱的"冗余"物種，在處理四個月時所起作用明顯不同。尤其，蒼耳Xanthium sibiricum和青葙Celosia argentea在處理四個月時對樣地群落生物量產(chǎn)生了重要的影響作用。因此，"冗余"只是一個相對的概念，功能相似