(相關(guān)資料圖)
全球變化條件下，干旱事件發(fā)生頻率顯著增加，導(dǎo)致我國北方溫帶草原生態(tài)系統(tǒng)功能受損，不僅極大地制約了草牧業(yè)的良性發(fā)展，而且對我國北方生態(tài)屏障構(gòu)成嚴重威脅。因此，探討草原生態(tài)系統(tǒng)功能在干旱背景下的變化及維持機制是當(dāng)前全球變化生態(tài)學(xué)研究的焦點之一。
在干旱條件下植物群落的穩(wěn)定性可從抵抗力和恢復(fù)力兩個方面進行量化表征，然而，以往研究主要關(guān)注群落抵抗力，而對于極端干旱后植物群落結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)力的研究遠遠不足。干旱事件不僅顯著影響草原植物群落當(dāng)前的結(jié)構(gòu)和功能，還會影響其未來的結(jié)構(gòu)和功能及其對環(huán)境變化的響應(yīng)，揭示極端干旱事件的遺留效應(yīng)及其驅(qū)動機制對于認識和預(yù)測全球氣候變化對草原生態(tài)系統(tǒng)的影響至關(guān)重要。
鑒于此，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所生態(tài)化學(xué)計量學(xué)課題組依托草原野外干旱控制實驗平臺，在連續(xù)兩年極端干旱處理和同步研究基礎(chǔ)上，開展自然恢復(fù)實驗，探討極端干旱事件對植物群落結(jié)構(gòu)和功能的遺留效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)極端干旱處理停止后的兩年內(nèi)，干旱處理小區(qū)的植被生產(chǎn)力就可以恢復(fù)到對照水平，甚至?xí)@著高于對照小區(qū)。研究結(jié)果暗示，極端干旱可以激發(fā)正向的遺留效應(yīng)，進而提高草原的可持續(xù)性和穩(wěn)定性。因此，極端干旱對草原生態(tài)系統(tǒng)的影響并不局限于當(dāng)前，即使在其停止以后，這種影響會依然存在。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了“干旱事件會對草原生產(chǎn)力產(chǎn)生負面的遺留影響”的傳統(tǒng)認知。
本研究進一步提出了干旱背景下草原植物群落結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)力形成和維持的生態(tài)學(xué)機理。干旱對草原植被生產(chǎn)力具有正向的遺留效應(yīng)，主要得益于禾草植物功能群的快速恢復(fù)。禾草功能群的恢復(fù)對雜類草功能群產(chǎn)生了強烈的競爭排斥作用，致使禾草與雜類草功能群之比顯著升高，植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。當(dāng)極端干旱事件再次發(fā)生時，植物群落的功能群組成發(fā)生了更為顯著的變化，超過單一極端干旱事件所帶來的影響。這樣，由功能性狀介導(dǎo)調(diào)控的植物群落結(jié)構(gòu)和功能同樣發(fā)生更大幅度的響應(yīng)。這一結(jié)果表明，極端干旱對植物群落功能產(chǎn)生了正向的遺留效應(yīng)，削弱了植物群落應(yīng)對下一次極端干旱事件的穩(wěn)定性。
本研究以“Responses of a semiarid grassland to recurrent drought are linked to community functional composition”為題，發(fā)表在在美國生態(tài)學(xué)會期刊Ecology上，生態(tài)化學(xué)計量學(xué)課題組雒文濤副研究員為第一和通訊作者。本研究得到了國家科技部重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金等項目的資助，對于理解極端干旱事件對草原生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響具有重要意義。
圖1 干旱對草原生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力的影響
