5年降水限制后荒漠草原植物多样性和生产力恢复特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00095

摘要/Abstract

摘要：

降水是干旱荒漠草原退化植被恢复和功能维持的重要调控因素。研究荒漠草原退化植被恢复过程中植物多样性和地上净初级生产力（ANPP）对降水变化的响应，对荒漠草原退化生态系统的恢复和管理具有重要意义。以内蒙古乌拉特荒漠草原草本群落为研究对象，在5年（2017—2021年）干旱处理（对照，减雨20%、40%和60%）后进行2年（2022、2023年）恢复，测定了恢复过程中的物种多样性、植物功能性状和ANPP，研究了干旱的遗留效应及生长季降水变化对荒漠草原植物群落恢复力的影响。结果表明：（1）干旱解除2年后，除减雨40%处理的物种丰富度显著低于对照外，其他处理的物种丰富度以及所有处理下的密度、植物功能性状、ANPP均与对照无显著差异，表明荒漠草原具有较强的恢复能力。（2）在恢复期间，生长季降水对植被恢复影响显著：恢复第1年（2022年）生长季降水量较高，减雨40%处理的叶片氮含量显著高于对照，而所有处理的物种丰富度、密度、株高、比叶面积（SLA）、叶干物质含量、叶片厚度（LT）和ANPP均与对照无显著差异。恢复第2年（2023年）的生长季干旱使物种丰富度、密度、SLA、LT和ANPP显著低于第1年，叶片碳氮含量则相反。（3）结构方程模型表明，在恢复过程中，生长季降水变化通过影响LT来间接影响物种丰富度和ANPP，LT是影响恢复过程中物种丰富度和生产力的重要因素。干旱荒漠草原在干旱解除后具有一定的恢复能力，生长季降水变化决定着干旱荒漠草原植物多样性和生产力的恢复，而叶片较厚的植物增加能促进荒漠草原干旱后的植物群落的恢复进程。

关键词: 生长季降水量, 植被恢复, 物种多样性, 地上净初级生产力, 功能性状

Abstract:

Precipitation change is an important regulatory factor for the restoration and functional maintenance of degraded vegetation in arid desert steppe. It is of great significance to study the responses of plant diversity and above-ground net primary productivity （ANPP） to precipitation changes during the restoration of degraded desert steppe ecosystems. Therefore， the research object was the herbage community in the Urat desert steppe in Inner Mongolia， which was drought-treated for 5 years （2017-2021）（control， rain reduction of 20%， 40% and 60%） and then restored for 2 years （2022 and 2023）. We measured species diversity， plant functional traits and ANPP during the restoration process， and studied the legacy effects of different drought intensities and the effects of growing season precipitation changes on the resilience of desert steppe plant communities， providing theoretical basis for ecological restoration of degraded desert steppe. The results showed that：（1） Two years after the drought ended， there was no significant difference in species richness for other treatments and density， plant functional traits and ANPP for all treatments， except that the species richness of 40% treatment was significantly lower than that of the control， indicating that the desert steppe had strong resilience. （2） During recovery， growing season precipitation has significant effects on vegetation restoration： restore 1 year （2022）， the growing season has relatively high， the leaf nitrogen content of 40% treatment was significantly greater than the control， meanwhile， the species richness， density， plant height， specific leaf area， leaf dry matter content， leaf thickness and ANPP for all treatments were not significantly different from the control. However， in the second year of restoration （2023）， the growing season drought significantly reduced the species richness， density， ANPP， SLA and LT， while the leaf carbon and nitrogen content was the opposite. （3） The structural equation model showed that during the restoration process， the change of growing season precipitation indirectly affected species richness and ANPP by influencing LT， and LT was an important factor affecting species richness and productivity during the restoration process. Arid desert steppe has a certain recovery ability after drought relief. The change of growing season precipitation determines the recovery of plant community diversity and productivity in arid desert steppe， and the increase of plants with thicker leaves can promote the recovery process of plant community after drought in arid desert steppe.

Key words: growing season precipitation, vegetation restoration, species diversity, aboveground net primary productivity, functional traits

中图分类号:

Q948.11

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图/表 5

表1 生长季降水对退化植被恢复过程中植物多样性和生产力影响的方差分析

Table 1 Variance analysis of the effects of growing season precipitation on plant diversity and productivity during the restoration of degraded vegetation

指标	干旱处理	年份
物种丰富度	2.62	33.17^***
密度	8.13^**	12.55^***
株高	7.18^*	0.91
比叶面积	0.00	51.25^***
叶干物质含量	2.32	1.41
叶片厚度	1.00	300.22^***
叶片碳含量	3.84	11.08^**
叶片氮含量	16.36^***	86.15^***
地上净初级生产力	3.26	22.07^***

图1 退化植被恢复过程中植物功能性状的变化注：大写字母表示2022年不同处理间的差异性比较，小写字母表示2023年不同处理间的差异性比较（P<0.05）。*和**表示不同年份同一处理下的差异性比较，*表示P<0.05，**表示P<0.01。数据用均值+标准误表示。下同

Fig.1 Changes of plant functional traits during restoration of degraded vegetation

图2 退化植被恢复过程中物种多样性和生产力的变化

Fig.2 Changes in species diversity and productivity during restoration of degraded vegetation

图3 退化植被恢复过程中生长季降水量与植物多样性和生产力的相关性分析注：SLA为比叶面积，LDMC为叶干物质含量，LT为叶片厚度，LCC叶片碳含量，LNC为叶片氮含量，ANPP为地上净初级生产力。椭圆的倾斜方向和颜色深浅表示它们之间的相关性，椭圆向右倾斜为正相关，向左倾斜为负相关。*表示P<0.05

Fig.3 Correlation analysis of growing season precipitation with plant diversity and productivity during restoration of degraded vegetation

图4 生长季降水对退化植被恢复过程中植物多样性和生产力影响的结构方程模型及效应值注：箭头上的值是标准化的路径系数，表示变量之间的关系。在每个模型的响应变量旁边显示了方差解释的比例（R2）。*表示P<0.05，**表示P<0.01，***表示P<0.001

Fig.4 Structural equation model of the effects of growing season precipitation on plant diversity and productivity during the restoration of degraded vegetation and effect size

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