全球变化下生物多样性与生态系统功能关系研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张睿洋 |
| 答辩日期 | 2022-04 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 牛书丽 |
| 关键词 | 生物多样性 生态系统功能 植物 土壤微生物 空间尺度 草地放牧 全球变化 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 英文摘要 | 生物多样性维系着人类赖以生存的多种生态系统功能和服务，而全球变化引起的多样性丧失可能对生态系统功能造成严重后果。然而，目前对于不同营养级、不同尺度的生物多样性与生态系统多种功能的耦合关系如何响应全球变化（如土地利用和气候环境变化）仍然存在着很大的未知性和不确定性。因此，本研究通过全球整合分析-区域样带调查-站点控制实验相结合的研究方法，分别探讨了草地放牧干扰及环境资源变化（水分和养分）影响下，不同维度生物多样性（植物/土壤微生物多样性；α-尺度/β-尺度多样性）对生态系统功能（单个功能/多功能性）的调节作用和相对贡献，主要结论如下： （1）基于全球61个草地放牧梯度控制实验（90篇文献；373套数据）的整合分析，我们发现放牧强度的增加显著降低了生态系统多功能性（Ecosystem multifunctionality, EMF），但EMF的下降随植物多样性水平的增高而缓解。而随着放牧强度的增加，植物多样性与EMF正相关关系显著增强。此外，随着放牧年限和气候干旱程度的增加、以及趋于小型化的家畜放牧会进一步通过减少植物多样性而间接加剧EMF的丢失。因此，EMF对放牧和气候的响应很大程度上依赖于生物多样性的调节作用。特别是在重度放牧干扰下，生物多样性对于维持生态系统功能更加重要。 （2）基于内蒙古荒漠草原连续12年的放牧强度控制实验，我们发现放牧强度增加不仅显著降低了植物多样性和土壤表层的微生物多样性（0-5cm），也导致地上/地下生产力、稳定性等生态系统单一功能以及整体EMF的降低。在所有放牧强度下，植物多样性与土壤微生物多样性呈线性正相关关系，并且两者也与EMF表现出正相关性。而当对比地上/地下生物多样性对EMF的相对贡献时，我们发现植物多样性比土壤微生物多样性对放牧干扰下的EMF起着更加重要的调节作用。 （3）基于在北美干旱草地（Dry-mixed prairie）的降水和氮添加控制实验，我们发现在自然条件下植物多样性与地上/地下生产力的关系并不显著。在降水增加情况下，由于群落中杂类草相对丰度的快速增长促使多样性与地上生产力表现出线性正相关关系。在施氮条件下，群落中C4禾草（Bouteloua gracili）由于兼有抗旱性和对氮养分的快速利用的特性而显著增加了生物量、但降低了群落的多样性，进而导致负相关的多样性与地上生产力关系。在降水增加和氮添加的共同驱动下，地上和地下生产力均表现出与植物多样性更加显著的负相关，这主要是由于C3根茎禾草（Pascopyrum smithii and Elymus lanceolatus）对水氮的高效利用策略导致其优势度增加，进而在促进了生产力的同时抑制了群落总体的多样性水平。因此，对于干旱草地，水分胁迫的缓解可促进生态系统功能的多样性效应；而养分资源的输入则会增加群落生产力的优势度效应。 （4）基于在藏北高原沿环境梯度的野外样带研究（包括61个样点，空间距离超过3000km）。我们发现高寒草地植物和土壤微生物的β多样性比α多样性对地上/地下生产力的促进作用更加显著。其中，地上生产力主要受植物β多样性的驱动，而地下生产力主要关联于土壤真菌β多样性。然而，植物和土壤真菌的β多样性效应随着气候干旱程度的增加而降低。此外，在干旱条件下土壤有效磷的积累是降低植物和土壤真菌β多样性的重要因素。总之，这些发现表明了地上和地下β多样性对维持草地生态系统功能的重要作用，并且警示了未来气候变化下生物匀质化带来的潜在生态风险。 综上说述，本研究系统揭示了全球变化背景下生物多样性对生态系统功能的调节机制与相对贡献，特别是从地上/地下生物多样性和生态系统多功能关系的角度强调了多维度生物多样性保护的重要性，并在一定程度上拓展了当前多样性-生态系统功能关系的研究内涵，为我国乃至全球草地的可持续发展提供了重要的科学理论支持。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 117 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/194293]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张睿洋. 全球变化下生物多样性与生态系统功能关系研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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