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武汉植物园揭示先锋树种驱动生态系统多功能性形成机制

先锋树种是在裸地或无林地上首先出现并能在自然条件下生长良好的树种。作为适应性强、耐逆性强的先驱者,先锋树种具有稳定土壤、防控侵蚀、改善生境、提升肥力等作用。因此,先锋树种能为后续生物群落的定居和发展创造条件,在生态系统恢复中发挥着至关重要的作用。深入理解先锋树种驱动生态系统多功能性的形成机制能为生态修复提供指导。

中国科学院武汉植物园元素循环与生态恢复学科组以桑(Morus alba)、香椿(Toona sinensis)、合欢(Albizia julibrissin)、侧柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabuliformis)五种乡土先锋树种为研究对象,将其配置成不同的人工群落种植于来自南水北调中线工程水源地丹江口水库库周的两种土壤(农田土壤和裸地土壤)。通过测定生物量与碳氮积累、温室气体排放、土壤养分、土壤固氮和氮磷矿化速率等生态系统功能参数,研究了不同土壤条件下先锋树种及其群落组成对生态系统多功能性形成的影响。研究发现,植物群落组成、关键物种的相对丰度和生物量占比驱动了生态系统多功能性的形成;不同土壤条件下决定生态系统多功能性的关键物种种类不同(图1)。本研究阐明了先锋树种驱动生态系统多功能性形成的机制,揭示了固氮植物在驱动生态系统多功能性中起着至关重要的作用,并为南水北调中线工程水源地不同退化程度生态系统的修复筛选了适宜的乡土先锋树种及其群落配置模式。

相关研究结果以“Plant species composition and key-species abundance drive ecosystem multifunctionality”为题,发表在生态学经典学术期刊Journal of Applied Ecology上。元素循环与生态恢复学科组博士生李新帅为论文第一作者,张克荣研究员为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金(32130069,31922060,32030069)和中国科学院青促会优秀会员项目(Y2022091)的资助。

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图1. 本研究中所使用的先锋树种以及植物物种相对丰度(a-j)和各物种占总生物量的比例(k-t)与生态系统多功能性的关系。

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