中文摘要：
为了了解在不同放牧潜力下植物多样性和群落结构变化对生态系统多功能性(EMF)的影响，本研究评估了植物多样性、群落结构、地上生态系统多功能性（AEMF）和地下生态系统多功能性(BEMF）在不同放牧潜力下的关系。采用广义线性混合效应模型和结构方程模型来确定这些因素对生态系统多功能性的影响。研究结果表明，生态系统多功能性随放牧潜力的降低而降低。植物多样性和群落结构对地上和地下生态系统多功能性的影响有所不同。在高放牧潜力下，植物多样性对EMF的影响最为显著，而在中、低放牧潜力下，群落结构对 EMF的影响最大。这些结果提高了我们对草原植物多样性、这些发现增进了我们对草原植物多样性、群落结构与地上和地下生态系统多功能性之间关系的理解，有助于制定增加植物样性或调节群落结构的策略，从而维持草原的可持续性。
文 章 信 息
译名：东欧亚草原在不同放牧潜力下，植物多样性和群落结构对生态系统多功能性的影响
发表时间：2024年05月09日
期刊影响因子：8.2（2023）
第一单位：中国林业科学研究院荒漠化研究所
通讯单位：中国林业科学研究院荒漠化研究所
文 章 亮 点
•随着放牧潜力的降低，生态系统多功能性下降
•植物多样性在高放牧潜力下对EMF的影响最大，而群落结构在中、低放牧潜力下对EMF作用更显著。
文 章 简 介
1.研究意义
草原生态系统占全球陆地面积的41%，对8亿人口的生存和生计至关重要。欧亚草原是温带草原的重要组成部分，占全球草原面积的19.6%。放牧是草原生态系统的主要管理措施，对人类农业和经济有重要影响，同时也显著影响群落演替和生态系统功能。研究表明，增强生态系统属性（如生物多样性、生产力和土壤养分）可以提高生态系统多功能性。适度放牧对草原生态系统多功能性有积极影响，但长期过度放牧和干旱气候条件会加剧草原生态系统多功能性的下降。因此，研究不同放牧潜力下生态系统多功能性的变化具有重要意义。
2.研究方法
2.1试验地概括
研究区域位于中国内蒙古自治区呼伦贝尔草原(47°05'N-52°20'N, 115°31'E-123°00'E),总面积约7.86万平方公里。该地区属温带半干旱大陆性气候，年均气温0-3℃，生长期（5月至9月）均温14-18℃，年均降水量250-350毫米，主要集中在6月至9月。土壤类型主要为黑钙土和栗钙土。
2.2试验设计
在2017-2018年生长期内，对研究区域内的草原群落进行采样。在区域东部建立了四条样带，每2-3公里设置一个采样点，共设置了196个采样点。在每个采样点内设置三个1mx1m的样方，记录植物种类、覆盖度、数量、高度等，并收集地上和地下生物量样本，测定有机碳、全氮和全磷含量。
3.研究结果
3.1不同放牧潜力下生态系统多功能性的变化
图2所示，结果显示，高放牧潜力下的AEMF显著高于中低放牧潜力，而BEMF在高放牧潜力下与低放牧潜力下有显著差异。AEMF和BEMF均在中等放牧潜力下最低。非度量多维尺度（NMDS）表明，对于地上生态系统的多功能性（图 2b），中低放牧潜力水平的分布非常相似，并且 AEMF 的分布在高放牧潜力水平下更加分散，这也表明高放牧潜力水平下的 AEMF与中等和低放牧潜力水平的差异更大。从 BEMF 的分布中可以看出（图 2c），高放牧潜力和低放牧潜力之间的相似性较低，并且 BEMF 在这两个放牧潜力水平上的可变性更大。
3.2植物多样性与群落结构与生态系统多功能性的关系
由图可知，植物多样性在中低放牧潜力下较低，高放牧潜力下物种丰富度显著较高。Beta多样性在低放牧潜力下显著不同。AEMF在高放牧潜力下与多样性指数显著正相关，而BEMF在中低放牧潜力下与多样性指数关系复杂。
如图4可知，多重回归分析表明，在高放牧潜力下，植物多样性对AEMF和BEMF的解释力较强；在中等放牧潜力下，植物网络对BEMF的解释力较大；在低放牧潜力下，植物多样性对AEMF和BEMF的贡献较大。
3.3 不同放牧潜力下植物多样性和群落结构对生态系统多功能性的影响
如图5所示，总体而言，植物多样性对 AEMF 和 BEMF 的贡献更大，分别为 96% 和 100%（图 5a）。中等放牧潜力水平的结果如（图 5b ）所示，其中植物多样性和植物网络对 BEMF 的解释方差更大 （R 2 = 0.18）。此外，从 AEMF 和 BEMF 的总体结果来看，植物网络对 AEMF 和 BEMF 的相对贡献更大，分别为 58% 和 92%。在最低的放牧潜力水平（图 5c）中，植物多样性对 AEMF 和 BEMF 的贡献更大（均为 65% 的相对贡献）。总体而言，植物多样性与 EMF 之间的关系在高放牧潜力水平下更强，群落结构在中低放牧潜力水平上发挥更大作用。
如图6所示，不同放牧潜力水平的多功能性、植物多样性和生态网的 SEM 如图 6 所示。地理位置、气候因素、植物多样性和植物网络都直接或间接影响着生态系统的多功能性。如图 6a 所示，高放牧潜力水平、AEMF 和 BEMF 受多种驱动因素影响，其中植物多样性起着关键的直接和间接作用。植物多样性可以直接对 AEMF 和 BEMF 产生重大影响，而位置和气候因素也通过植物多样性影响 AEMF 和 BEMF，这也体现在 SEMs 标准化总效应的研究中，其中植物多样性贡献更大。在中等放牧潜力水平（图 6b），对生态系统多功能性影响最大的因素是植物网络。气候因素和位置可能直接影响 AEMF。植物网络 BEMF 有显著的直接贡献，而位置、气候因子和植物多样性也可以通过植物网络影响 BEMF。此外，植物网络总体上具有最高的 SEM 标准化总效应。在低放牧潜力水平（图 6c）可以清楚地看到，与中等放牧潜力水平一样，植物网络对 AEMF 和 BEMF 更为关键。植物多样性和植物网络均对 AEMF 具有显著的直接影响，而植物多样性可通过影响植物网络进一步影响 AEMF。从 SEM 的标准化总效应中也可以明显看出，整体工厂网络对 AEMF 和 BEMF 的贡献相对较大。
4.讨论
研究阐明了不同放牧潜力下的植物多样性和群落结构如何影响草原生态系统多功能性的变化，在本研究中，植物多样性与AEMF 和BEMF 呈显著且大部分呈正相关（图 3）。这种相关性在高放牧潜力水平中起着重要作用（图 6a）。随着放牧潜力的降低，BEMF变得不如AEMF 重要（图 6）。这是由于地面植物覆盖率的减少，导致土壤水分蒸发增加，以及枯萎减少，导致土壤的养分输入减少。研究表明，物种组成是影响生态系统服务的关键因素。随着放牧潜力的降低，群落中不太可口的物种数量增加并占据主导地位。然而，这并不意味着土壤养分和保水能力的减少。植物丰富度只是群落组成对草原生产力和生态系统可持续性影响的一个方面。植物群落对土壤的遮荫作用减少了土壤水分蒸发，并在放牧潜力稳定时显著促进了土壤微气候控制。此外，植物凋落物有助于增加养分输入和土壤分解。如图 6 所示，在不同放牧潜力下，气候因子在生态系统多功能性中的作用很重要，尤其是降水。气候变化可能导致植物多样性发生变化，进而影响EMF。生态系统的多功能性与水和养分的有效性密切相关，降水增加导致土壤水分增加，从而增强了土壤与植物之间的养分运输能力，促进了植物的生长发育。同时，降水的增加也加速了枯萎物质的分解，增加了土壤的养分含量。总体而言，降水增加促进了植物的新陈代谢和生长，并对生态系统功能产生了积极影响。此外，环境条件的变化可能会强烈影响EMF，这可能是最重要的因素。植物网络对低放牧潜力物种进行了一些适应。在长期放牧期间，物种组成很可能发生了向适应放牧和更宽容的群落转变，这导致了不可逆转的变化和物种多样性的减少。当草原的放牧潜力很高时，草原生态系统处于物种群落组成迅速变化的状态，植物物种多样性增加，畜牧业通过以生长速度更快的优势物种为食来提高光效率利用并促进植物生产。在重度放牧下，对稀有和理想物种资源的需求增加，从而降低了草原的放牧潜力。这反过来又降低了土壤的持水能力和养分有效性，从而产生一系列影响，最终导致植物生产力下降和群落内的多样性。物种在环境中的变化表明不同阈值划分之间个体功能权衡和协同作用之间的联系发生了变化。因此，需要进一步关注研究植物功能群的作用与其对生态系统多功能性研究目的的驱动因素的响应之间的相关性。
5.结论
通过本研究，我们发现EMF 随着放牧潜力的降低而降低。植物多样性和群落结构对AEMF 和BEMF 的影响不同，其中植物网和植物多样性对AEMF 的影响大于BEMF。此外，在高放牧潜力水平下，植物多样性对EMF 的影响更强。随着放牧潜力的降低，群落结构的作用在中等和低放牧潜力水平上变得更加重要。放牧潜力作为草原生态系统功能对EMF 的直接表现，可通过植物多样性和群落结构的响应来解释。研究表明，增强生态系统属性（如生物多样性、生产力和土壤养分）可以提高生态系统多功能性。适度放牧对草原生态系统多功能性有积极影响，但长期过度放牧和干旱气候条件会加剧草原生态系统多功能性的下降。因此，研究不同放牧潜力下生态系统多功能性的变化具有重要意义。
Reference：
Wang B ,Zhu Y ,Yang X , et al.Effects of plant diversity and community structure on ecosystem multifunctionality under different grazing potentials in the eastern Eurasian steppe.[J].The Science of the total environment,2024,934173128-173128.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173128
本期分享来自2024级草学专业硕士研究生秦江美
