宁夏草原地上功能性状与物种多样性、生物量的关联研究

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生物量和物种多样性是草地生态功能的重要指标。然而,植物功能性状如何响应环境梯度变化,进而影响草地生物量和物种多样性的相关机制尚不清楚。宁夏草地地处干旱区与半干旱区,生态环境脆弱,对气候变化敏感,具有明显的环境梯度。因此,我们选取了 1 1个典型样地作为研究对象,测定了植物自然高度(PNH)、比叶面积(SLA)、叶片碳氮磷含量、叶片碳稳定同位素丰度(δ13C)等地上功能性状,分析了地上功能性状与生物量、物种多样性以及环境因子的关系,最后采用结构方程模型揭示了环境因子如何作用于地上功能性状,进而影响草地生物量和物种多样性的机制。结果表明:(1)在群落水平,植物自然高度(PNH)平均值为21.78±18.38 cm;比叶面积(SLA)为116.48±60.87cm2/g;碳稳定同位素丰度 δ13C 为-26.00±2.45‰;叶片碳含量(LC)为 429.57±15.40 g/kg;叶片氮含量(LN)为14.37±4.73g/kg;叶片磷含量(LP)为2.26±0.37g/kg;叶片碳氮比为(L(C:N))32.72±9.63;叶片碳磷比(L(C:P))为 194.52±31.29;叶片氮磷比(L(N:P)为 6.80±2.74。不同类型功能性状变异系数存在差异,与资源竞争利用相关的功能性状(株高及氮磷相关性状)其变异程度高于其他性状,其中株高变异幅度最大为84.39%,而氮磷相关性状变异幅度在16.09%-40.29%;最低变异系数性状为碳稳定同位素丰度δ13C为9.42%。(2)冗余分析结果表明:环境因子共同解释了地上功能性状的61.44%方差,土壤因子对功能性状的影响程度大于气候因子。(3)宁夏草原地上生物量、地下生物量、总生物量平均值分别为199.08g/m2、193.45g/m2、392.54g/m2,Shannon-Wiener 指数为 1.92、Simpson 指数为 0.76、Pielou 均匀度指数为 0.84、丰富度指数为11.80,总体呈草甸草原>典型草原>荒漠草原,物种多样性与生物量呈线性正相关。(4)比叶面积和叶片碳磷比与物种多样性呈负相关,碳稳定同位素丰度、植物自然高度、叶片磷含量与物种多样性呈正相关;碳稳定同位素丰度与生物量呈显著负相关,株高与地上生物量及总生物量呈显著正相关,叶片磷含量与地下生物量呈显著正相关。结构方程模型表明,植物自然高度(PNH)、碳稳定同位素丰度(δ13C)、叶片磷含量(LP)是解释宁夏草原多样性和生物量的关键性状。水热因子对于塑造草原多样性影响大于土壤,而土壤影响生物量更大。本研究结果能为草原生物量和物种多样性响应环境梯度变化提供理论依据,也能为宁夏草原的管理和利用提供指导。
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