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吉林蛟河针阔混交林生物量时间稳定性驱动机制

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生态学杂志 2023年第4期42卷 812-819页

作者：张雪儿乔雪涛张春雨赵秀海北京林业大学国家林业和草原局森林经营工程技术研究中心北京100083

生态系统稳定性是森林群落结构和功能的综合特征。通过长期大样地的监测数据,探究森林生态系统稳定性机制。本研究以吉林蛟河21.12 hm2天然针阔混交林固定样地中连续10年的野外调查数据(即2009年、2014年和2019年3次复测)为基础,分析了... 详细信息

生态系统稳定性是森林群落结构和功能的综合特征。通过长期大样地的监测数据,探究森林生态系统稳定性机制。本研究以吉林蛟河21.12 hm2天然针阔混交林固定样地中连续10年的野外调查数据(即2009年、2014年和2019年3次复测)为基础,分析了物种异步性、物种多样性、结构多样性、林分密度和海拔与生物量时间稳定性的直接和间接关系,探究并确定了生物量时间稳定性各驱动因素的相对重要性。结果显示,生物量时间稳定性与物种异步性、林分密度和海拔呈极显著正相关(P性与物种丰富度呈显著正相关(P0.05),路径系数为0.021。海拔与林分密度呈显著正相关(P性有极显著的间接作用。相较于其他林分因子,物种异步性是温带森林生物量时间稳定性的关键驱动因素,生物多样性通过物种异步效应提高生物量时间稳定性。基于结构方程模型的结果,分析生物与非生物因素对天然针阔混交林生物量时间稳定性影响的相对作用,对维持森林生态系统稳定性及森林可持续经营有重要现实意义。

关键词：时间稳定性生物多样性物种异步性林分结构森林生态系统

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温带针阔混交林生物量稳定性影响机制

植物生态学报 2022年第6期46卷 632-641页

作者：于水今王娟张春雨赵秀海北京林业大学国家林业和草原局森林经营工程技术研究中心北京100083

森林生态系统通过响应环境波动和干扰而产生时间变化,对其稳定性机制的研究有利于生态系统服务。温带针阔混交林是全球森林生态系统的重要组成部分,该研究致力于探索超产效应、林分结构、物种异步性及优势物种稳定性对温带天然针阔混交... 详细信息

森林生态系统通过响应环境波动和干扰而产生时间变化,对其稳定性机制的研究有利于生态系统服务。温带针阔混交林是全球森林生态系统的重要组成部分,该研究致力于探索超产效应、林分结构、物种异步性及优势物种稳定性对温带天然针阔混交林群落稳定性的影响,以明确主要影响机制。该研究分别设定物种丰富度、胸径变异系数、物种异步性和优势物种稳定性为解释变量,群落生物量稳定性、生物量平均值和生物量标准差为响应变量,构建3个结构方程模型,比较各变量间直接与间接效应的相对大小。主要结果为:(1)结构方程模型提供了良好的拟合效果,并占群落生物量稳定性变化的40.6%;(2)物种丰富度与生物量平均值、生物量标准差均呈显著负相关关系,路径系数分别为–0.103和–0.061;(3)胸径变异系数与群落生物量稳定性及生物量平均值均呈显著负相关关系,路径系数分别为–0.123和–0.097;(4)物种异步性与群落生物量稳定性、生物量平均值、生物量标准差均呈显著正相关关系,路径系数分别为0.055、0.085和0.055;(5)优势物种稳定性与群落生物量稳定性和生物量平均值呈显著正相关关系,路径系数分别为0.623和0.085,与生物量标准差间显著负相关,路径系数为–0.608。研究结果表明尽管林分结构和物种异步性对温带针阔混交林群落生物量稳定性均有显著影响,但优势物种稳定性是最主要的直接影响因素。

关键词：群落生物量稳定性超产效应林分结构物种异步性优势物种稳定性

Resource enrichment combined with biomass removal maintains plant diversity and community stability in a long-term grazed grassland

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Journal of Plant Ecology 2020年第5期13卷 611-620页

作者： Feng-Wei Xu Jian-Jun Li Li-Ji Wu Xiao-Ming Lu Wen Xing Di-Ma Chen Biao Zhu Shao-Peng Wang Lin Jiang Yong-Fei Bai State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change Institute of BotanyChinese Academy of SciencesBeijing 100093China Collaborative Innovation Center of Jiangxi Typical Trees Cultivation and Utilization College of ForestryJiangxi Agricultural UniversityNanchang 330045China College of Ecology and Environmental Science Inner Mongolia Agricultural UniversityHohhot 010011China Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture Chinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081China College of Biological and Pharmaceutical Sciences China Three Gorges UniversityYichang 443002China Department of Ecology College of Urban and Environmental Scienceand Key Laboratory for Earth Surface Processes of the Ministry of EducationPeking UniversityBeijing 100871China School of Biology Georgia Institute of TechnologyAtlantaGA 30332USA College of Resources and Environment University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China

长期重度放牧通过加剧水氮限制减少植物多样性与生态系统功能。相反,缺乏放牧干扰(生物量移除)会通过增加光竞争减少物种多样性,从而弱化生态系统稳定性,而这一过程会由于资源富集而加剧。因此,如何维持物种多样性和群落稳定性仍然是世... 详细信息

长期重度放牧通过加剧水氮限制减少植物多样性与生态系统功能。相反,缺乏放牧干扰(生物量移除)会通过增加光竞争减少物种多样性,从而弱化生态系统稳定性,而这一过程会由于资源富集而加剧。因此,如何维持物种多样性和群落稳定性仍然是世界草原可持续管理的一大挑战。在本研究中,我们在中国内蒙古3个放牧强度的长期实验样地设置了为期4年的控制实验,来探究结合资源添加与生物量移除(同时增加水、氮和光的有效性)对物种丰富度与群落稳定性的影响。研究结果表明,在4年资源添加结合生物量移除处理下,群落初级生产力增加,同时物种丰富度与群落稳定性能够维持。在物种与功能群水平上,地上生产力能够保持时间稳定性。物种丰富度维持的主要原因是:在资源富集的情况下,生物量移除能够增加光的有效性。物种异步性与功能群稳定性有助于群落稳定性维持。我们的研究结果表明,资源添加与生物量移除结合的管理方式,不仅能够增加草地初级生产力,而且能维持其物种多样性、异步性与群落稳定性。在世界范围内,长期放牧导致的草原退化与资源富集引起的其生物多样性丧失仍将是人类面临的主要生态问题,我们的研究结果对于半干旱草原以及其它草原的适应性管理具有重要的意义。

关键词：生物量移除资源添加物种丰富度群落稳定性植物功能群物种异步性

降水和草地利用方式变化对内蒙古温带草原生产力及稳定性的影响

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降水和草地利用方式变化对内蒙古温带草原生产力及稳定性的影响

作者：张斌内蒙古大学

学位级别：硕士

植物群落生产力作为草原重要的生态系统功能,在很大程度上为人类经济发展与日常生活提供了资源,了解植物群落生产力如何在多变的环境中保持稳定性是生态学的一项基本任务。影响群落稳定性的因素包括生物和非生物因素,在生物驱动因素中,... 详细信息

植物群落生产力作为草原重要的生态系统功能,在很大程度上为人类经济发展与日常生活提供了资源,了解植物群落生产力如何在多变的环境中保持稳定性是生态学的一项基本任务。影响群落稳定性的因素包括生物和非生物因素,在生物驱动因素中,物种多样性经常与群落稳定性相关连,另一方面,生态系统的稳定性机制对气候变化与草地利用方式响应明显,这可能会掩盖物种多样性对稳定性的影响。因此,研究草地生态系统稳定性的影响机制,对于探讨未来极端气候事件下草地生态系统稳定性如何响应环境变化具有重要意义。为此,我们在内蒙古温带草原进行了为期5年的降水与草地利用方式控制实验。分析了降水与草地利用方式变化对植物群落生产力、物种多样性及稳定性的影响,同时构建了结构方程模型,探讨群落稳定性的影响途径,主要结果如下:(1)物种丰富度在前三年(2017-2019年)随降水梯度的增长而增长,后两年(2020,2021年)趋势不明显。通过区分不同功能群发现,后两年一二年生物种增多,不随处理变化,从而导致降水对物种丰富度的影响出现年际差异。香农-威纳多样性指数相比物种丰富度对草地利用的响应更强,降水与草地利用对物种多样性的影响更多取决于物种组成的变化。(2)长期的增雨处理促进群落生产力增长,减雨处理则降低了植物群落生产力,物种间特征差异导致不同功能群与优势种、常见种和稀有种对降水与草地利用的响应不同,其中多年生禾草与优势种生产力对降雨的响应最强。此外,放牧相比其他草地利用方式促进了优势种生产力。(3)物种多样性与植物群落生产力在前几年显示出积极的正相关关系,表明了多物种共存的超产效应。后两年由于群落生产力受控于少数优势物种,增多的物种对生产力影响较小,所以导致多样性-生产力关系出现不显著以及负相关关系。(4)降水通过影响物种稳定性与物种异步性,间接促进了群落时间稳定性。多年生禾草与优势种在其中发挥了重要作用,尤其是优势种的稳定性,相比其他物种,优势种更能抵抗环境的波动,草地利用方式对群落稳定性的影响较弱。降水对内蒙古温带草地的植物群落生产力及稳定性有着显著影响,而草地利用方式与物种多样性对群落稳定性的影响可能会被其他因素所掩盖。我们的研究强调了除物种多样性之外的其他稳定性驱动因素的重要性,以便更全面地了解调节生态稳定性的机制。

关键词：植物群落生产力物种多样性群落稳定性物种异步性功能群优势种

亚高寒草甸实验群落物种丰富度与生物量稳定性关系研究

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兰州大学学报（自然科学版） 2020年第3期56卷 304-310页

作者：李志红袁自强张荣兰州大学生命科学学院干旱农业生态研究所草地农业生态系统国家重点实验室兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730000

为揭示植物群落中物种丰富度与生物量稳定性之间的关系及机制,采用盆栽方法探究了物种丰富度、物种组成及施肥对群落生物量稳定性的效应.结果表明:施肥对群落生物量稳定性有显著影响,而物种丰富度、物种组成仅在施肥情况下对群落生物量... 详细信息

为揭示植物群落中物种丰富度与生物量稳定性之间的关系及机制,采用盆栽方法探究了物种丰富度、物种组成及施肥对群落生物量稳定性的效应.结果表明:施肥对群落生物量稳定性有显著影响,而物种丰富度、物种组成仅在施肥情况下对群落生物量稳定性有显著影响.群落生物量稳定性主要由物种的异步性决定.施肥通过提高特定物种组成群落中物种的异步性影响了物种组成对群落生物量稳定性的效应.物种组成部分嵌套于物种丰富度中,物种组成对群落生物量稳定性的作用高于物种丰富度.推测物种丰富度对群落生物量稳定性的效应由施肥影响特定物种组成群落中的物种异步性决定.

关键词：群落生物量稳定性土壤施肥物种异步性物种组成物种丰富度

降水变化对黄土高原西部半干旱荒漠草原生态系统稳定性的影响研究

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降水变化对黄土高原西部半干旱荒漠草原生态系统稳定性的影响研究

作者：高江平西北师范大学

学位级别：硕士

随着全球气候变暖,降水格局也随之发生了重大变化。降水是干旱、半干旱生态系统重要的水分来源,也是不同时空尺度上各种生物过程的关键驱动因子。因此,降水变化如何影响植物群落特征、土壤养分状况和生态系统稳定性,是当前草地生态学研... 详细信息

随着全球气候变暖,降水格局也随之发生了重大变化。降水是干旱、半干旱生态系统重要的水分来源,也是不同时空尺度上各种生物过程的关键驱动因子。因此,降水变化如何影响植物群落特征、土壤养分状况和生态系统稳定性,是当前草地生态学研究的重要内容。荒漠草原是草原向荒漠过渡的植被类型,对于维护区域生态系统的稳定具有重要作用。黄土高原西部荒漠草原区域,降水是水资源的主要补给来源,但暴雨又常导致剧烈的水土流失。因此,研究降水变化对黄土高原西部荒漠草原生态系统稳定性的影响及其机制,为科学评估半干旱荒漠草原生态系统对降水变化的响应提供科学依据,也为荒漠草原的可持续利用与管理提供理论支撑。本研究以黄土高原西部荒漠草原为研究对象,开展野外降水控制试验,通过野外调查获取的植被数据和实验室分析获取的土壤理化性质数据,采用方差分析方法明确不同降水处理下的植物群落特征、土壤理化性质特征以及生态系统稳定性特征;采用相关性分析方法解析影响生态系统稳定性的植物土壤因子;采用结构方程模型(SEM)揭示降水变化下影响半干旱荒漠草原生态系统稳定性的主要机制。主要研究结果如下:(1)试验地植物物种组成简单,且降水变化对非禾本科物种的影响更为明显;在正常年份与偏干年份,降水处理对植物群落多样性的影响较为明显;在偏湿年份,降水处理对植物群落多样性的影响不明显。在正常降水年份,降水处理对群落生物量的影响不明显;在偏湿年份,极端干旱(减水40%处理)对群落生物量的影响更为明显;而在偏干年份,增水处理对群落生物量的影响更为明显;降水变化对非禾本科生物量的影响较为明显,它调节着群落生物量的变化。随着降水处理年份的推移,降水处理对群落生物量的影响增大。降水变化显著影响着物种异步性(P性没有显著影响,而对于非禾本科稳定性产生显著影响(P物种丰富度对生态系统稳定性的影响不大,而降水变化主要通过控制土壤硝态氮来影响物种异步性,物种异步性影响着生态系统稳定性的变化,且物种异步性是调节生态系统稳定性变化的主要机制;非禾本科稳定性也调控着生态系统稳定性的变化;低矮灌木稳定性对生态系统具有一定的稳定作用,最终导致降水变化对生态系统稳定性无显著影响。本研究有助于探究降水变化对荒漠草原植物群落特征、土壤因子特征的影响和生态系统稳定性特征及影响生态系统稳定性的主要机制,为未来荒漠草原物种多样性的保护和维持生态系统的稳定具有重要的指导意义。

关键词：降水格局半干旱荒漠草原土壤因子物种多样性物种异步性生态系统稳定性

实验植物群落物种丰富度与生物量稳定性之间关系的研究

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实验植物群落物种丰富度与生物量稳定性之间关系的研究

作者：李志红兰州大学

学位级别：硕士

为了进一步揭示亚高寒草甸实验群落物种丰富度与生物量稳定性之间是否存在着确切关系,采用盆栽实验方法,以三种常见的亚高寒草甸植物,即垂穗鹅观草(Roegneria nutans Keng.)、垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)以及中华羊茅(Festuca si... 详细信息

为了进一步揭示亚高寒草甸实验群落物种丰富度与生物量稳定性之间是否存在着确切关系,采用盆栽实验方法,以三种常见的亚高寒草甸植物,即垂穗鹅观草(Roegneria nutans Keng.)、垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)以及中华羊茅(Festuca sinensis Keng.)分别构建成不同物种丰富度、物种组合、播种密度、播种比例的实验群落,并给予不同的施肥处理,研究了物种丰富度、物种组成、播种密度、播种比例以及施肥对植物群落生物量稳定性的效应。研究结果表明,施肥对群落生物量稳定性有显著性影响(p物种丰富度、物种组成仅在施肥条件下对群落生物量稳定性有显著性影响(p性没有显著性影响(p>0.05)。主要结果如下:1、施肥显著提高了群落生物量稳定性。较之群落生物量标准差,施肥更多地提高了群落生物量均值,进而增强了群落生物量稳定性(S=μ/?)。其中,低施肥水平(F)对群落生物量稳定性的效应强于高施肥水平(F)。这可能是在高水平施肥条件下,肥力不再是群落生物量的限制因子。2、物种组成对群落生物量稳定性的效应高于物种丰富度,且受施肥影响。相同条件下,特定物种组成的群落生物量稳定性较高。在单播群落中,垂穗披碱草(P)的生物量稳定性较高;在混播群落中,垂穗披碱草与垂穗鹅观草组合(PE,PE和PE)以及中华羊茅、垂穗披碱草与垂穗鹅观草三者组合(ZPE)的生物量稳定性较高。在不施肥的情况下,物种组成对群落生物量稳定性没有显著性影响。在施肥的条件下,特定物种组成群落物种异步性较大幅度提高,物种组成显著影响了群落生物量稳定性。3、施肥影响了群落中物种间的竞争作用,进而提高了群落中的物种异步性(p>0.05)。施肥条件下,不同组合类型群落中物种的相对竞争能力发生变化。而另一方面,物种间的竞争作用提高了群落的物种异步性。4、物种丰富度与群落生物量稳定性之间可能不存在直接相关的关系。在施肥条件下,物种丰富度与群落生物量稳定性的正向线性回归关系只是一种表象。这种表象是由施肥提高特定物种组成群落的物种异步性产生的。

关键词：群落生物量稳定性土壤施肥物种异步性物种组成物种丰富度