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植物群落构建过程和物种共存机制一直是群落生态学研究的核心问题。群落的构建过程直接影响到群落组成和结构。植物多样性作为群落结构的一个重要方面,对生态系统功能的发挥至关重要。黄土高原草地面积广大,发挥着固碳减蚀等重要生态系统功能,对于当地乃至区域环境和经济社会发展起着至关重要的作用。同时,黄土高原人类活动强烈、地区生态脆弱,因此,理解和预测未来环境变化如何影响该地区的植被组成和生态系统功能,有很强的理论意义和应用价值。 本研究以黄土高原中部羊圈沟流域半干旱草地生态系统为研究对象,采用基于植物功能性状的研究方法,尝试理解这些草地群落是如何由一个个物种构建起来的;这些群落的功能结构如何对土壤资源变化做出响应;又如何影响土壤侵蚀、碳固定等该地区主要的生态系统功能。 本研究发现: (1)多重群落构建过程共同作用,塑造了黄土高原草地群落格局。生境过滤使得群落平均功能性状范围变窄;生态位分化过程使得群落内物种在功能空间上均匀分布。相对于谱系方法,基于性状的方法能够更加有效地检验这些群落构建过程。 (2)传统的物种丰富度和根系生物量没有直接关系,但是较高的物种丰富度可能促进土壤氮含量的提升,从而间接促进根系生物量。 (3)相对于传统的物种多样性,基于性状的群落功能多样性对于土壤侵蚀有显著影响。功能分异度较高的群落能够更加有效地减缓土壤侵蚀。生态系统恢复和管理可以尝试把基于性状的方法纳入到当前的实践中,来改善生态系统功能和服务。 (4)黄土高原草地群落的功能组成(群落平均高度和比叶面积)和功能多样性(基于多个性状的功能离散度)对土壤资源变化有显著响应,同时显著影响生态系统碳储量。土壤资源的富集使得黄土高原草地群落群落平均高度和平均比叶面积增加,而功能多样性降低;功能多样性的降低进一步使得地上生物量减少,同时增加表层土壤碳储量。因此,人类活动或者气候变化导致的未来环境变化,可能对黄土高原草地群落功能结构和重要生态系统功能(土壤保持、碳固定等)产生显著影响。 这些结果表明,采用基于植物功能性状的方法能够很好地把环境变化、群落构建和生态系统功能联系起来,对于理解群落构建过程、物种共存机制、生物多样性-生态系统功能关系等有重要的理论意义。另一方面,对于如何通过改变环境状况、调节植物群落的功能组成,来控制重要的生态系统过程具有很强的指导作用。比如,可以通过提高草地群落功能多样性来减缓土壤侵蚀;通过降低土壤养分状况促进群落功能多样性的增加。