文摘gydF4y2Ba

在高高的草丛中,我们研究了植物richness-biomass关系(字段1,12年)和混合草(2,5年)重建实验位于北部平原草原(美国)。他们组织与受精利率随机因子实验(N、P)和物种的数量因素。结果如下:(1)地面生物量年际变化(AGB)增加,拒绝与植物物种和函数形式丰富。(2)AGB时更高的物种有各种组合:(a)相对增长率高、根密度、根表面积、N、P吸收速度,和N的利用效率;(b)低root-to-shoot比和根可塑性。(3)生物稳定性呈正相关字段1的高根表面积和氮利用效率和磷吸收速率场2。(4)入侵物种nonseeded拒绝与植物物种和函数形式丰富。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

需要更好地理解生物多样性之间的联系,生态系统功能、生态系统可持续发展的自然和管理。从不同的实验结果像美国lte雪松河gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)和欧洲BIODEPH (gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3gydF4y2Ba已发表的作品[],荟萃分析gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba跨欧亚productivity-diversity关系的),和比较,欧洲和北美草原(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba提高了我们对这个问题的理解。可用的文学的广泛审查Hooper et al。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba得出以下结论。(1)某些物种是互补的组合,可以增加生产率的平均汇率。(2)容易入侵,物种组成的影响,一般随物种丰富度增大而减小。(3)物种对环境扰动的反应不同的组合可以减少生态系统变化。gydF4y2Ba

多样性、生产和稳定的联系是特别感兴趣的关于草原恢复在美国由于保护储备计划的目标包括,恢复,长期生产力和永久的草原生态系统(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。超过1000万公顷已参加这项计划的员工,绝大多数是恢复草原(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。然而百分之五十三的草原,仅由2种,另有18%最多5种(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba),所以多样性是一个问题。gydF4y2Ba

1998年我们开始一个长期的实验调查植物多样性之间的关系,在恢复生产,稳定,易入侵北部高草草原(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。Tilman et al。gydF4y2Ba12gydF4y2Ba)表明,在多个站点是需要长期的研究来确定初始结果的普遍性,了解非随机的影响社区装配和拆卸,并确定生物多样性对生态系统管理的影响。在此前提下,我们继续监控第一个实验(现在12岁)在2005年增加了一个新的网站在北部混合草草原代表的干燥部分大平原北部降水梯度(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。实验的具体目标是(1)确定植物多样性之间的关系,生产,稳定,和容易入侵和(2)确定组合的增长率、养分利用效率,根的架构,在种子和根的植物生理学混合物影响最高峰值地面生物量及其年际变化。本文报告结果12和6年后,分别的恢复。gydF4y2Ba

2。方法gydF4y2Ba

2.1。位置和网站的特点gydF4y2Ba

实验是位于两个不同的生态区域。第一个实验(字段1)位于NDSU艾伯特Ekre草原保护,美国在南北达科他州东部(46°33′N, 97°7′W,海拔295米,年平均降水538毫米)。这个网站是在北部高草草原,代表了湿部的大平原北部降水梯度gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。土壤属于Embden-Tiffany良好的砂质壤土系列(coarse-loamy、混合、superactive寒冷Pachic Hapludolls和寒冷的象征性的Endoaquolls): 0 - 3%的斜坡,适度排水良好,组合方式69厘米的深度。该地区已经在过去的土地上种植了玉米和大豆。这是磁盘几次在1997年和1998年减少种子银行,处理综述(孟山都,圣路易斯,密苏里州,美国)之前种植植物再生降到最低。种植前土壤N平均为4.6gydF4y2BaμgydF4y2Bag·ggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(±0.23),而相应的P是41岁gydF4y2BaμgydF4y2Bag·ggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(±2)。大型土壤P是来自之前的移行大豆施肥。gydF4y2Ba

第二个实验(2场)是位于NDSU狄金森研究推广中心(46 52.27°53′′′N, 102°49 42.63′′′W,海拔730米,年平均降水405毫米)。该网站是在北方草原草和代表的干燥部分大平原北部降水梯度。土壤属于莫顿和Farland系列(fine-silty、混合、superactive寒冷Argiustolls): 0 - 5%的斜坡,排水良好,组合方式86厘米的深度。土地被闲置或偶尔用作干草很多自1930年代时种植gydF4y2Ba叶片gydF4y2Ba和gydF4y2BaAgropyron cristatumgydF4y2Ba。整个区域被三次治疗综述2005年以及之前和之后轻轻痛心播种(无地面小距防止侵蚀)。种植前土壤N是9.3gydF4y2BaμgydF4y2Bag·ggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(±1.7),而相应的P是4.6gydF4y2BaμgydF4y2Bag·ggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(±1.1)。gydF4y2Ba

2.2。选择物种的混合物gydF4y2Ba

我们跟着的协议在香柏溪实现lte网站(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。每一层的物种丰富度,复制是由随机选择从物种池(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)适当的物种数量和功能形式。这种方法的概率最大化平均响应对于一个给定的水平将会独立于任何特定的物种丰富性的组合。函数形式分类的物种被Levang-Brilz派生,Biondini [gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]和Biondini [gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

2.3。实验设计gydF4y2Ba

1实验始于1998年。这是组织为一个完全随机的阶乘设计3因素和10复制/因素组合。因子1(营养类型)由应用程序的N或p因子2(营养级别)由2受精。高速率是200公斤·哈gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}·年gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}N或40公斤·哈gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}·年gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}为P,而低利率是20公斤·哈gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}·年gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}N或4公斤·哈gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}·年gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}p因子3(物种丰富度)是治疗1、2、5、10、20个植物物种。每个复制由给定的物种数量的随机来自表的列表中gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。复制是9米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba(gydF4y2Ba米)1 m缓冲区的大小。我们使用一个低受精治疗而不是控制,有两个原因:(1)初始土壤N低相比邻原生草原地区(4.6和10 - 20gydF4y2BaμgydF4y2Bag·ggydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}),因为重复的两年预处理地面小距和(2)土壤N和P之间的不平衡。gydF4y2Ba

大部分的情节是在秋天种植,除了少数被种植在第二年春天gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。400活种子播种率·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}每个物种的等量。种子被广播,覆盖着一层薄薄的土壤改善返青,自从福布斯小种子与drill-seeding(不做得很好gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。第一个5年(2000 - 2004),所有情节都是手动在整个生长季节中,消除不必要的物种。故事情节被烧死在2007年复制的标准规定用火管理区域(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

字段2实验开始于2005年秋季种植在2006年的春天。这是组织为一个完全随机的与两因素析因设计和10复制/因素组合。因子1是没有受精,N(200公斤·哈gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}·年gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})、P(40公斤·哈gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}·年gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})。物种丰富度的因子2包括5个层次:1)物种(Sp)属于1的函数形式(FF), 2 Sp属于2 FF, 5 Sp属于2 FF, 5 Sp属于3 FF, 10 Sp属于3 FF, 10 Sp属于4 FF, 20 Sp属于5 FF。复制是5 m×5米与3 m大小地块之间的缓冲地带。物种选择和种植密度描述的领域1。自2006年以来,是一个极端干旱年(生长季节降水290毫米)故事情节是灌溉(gydF4y2Ba≈gydF4y2Ba100毫米),以便建立一个合理的实验(否则会丢失)。灌溉是不习惯。gydF4y2Ba

在这两个网站,N和P每年早春的应用(雪融化后)使用塞拉缓释肥料小球(珀塞尔Technologies, Inc .)的养分释放一个相当甚至模式6-7-month时间根据生产提供的测试。gydF4y2Ba

2.4。抽样方法gydF4y2Ba

字段1中的情节没有取样或中第一个生长季节;相反,前15厘米的杂草物种周期性地用一条线微调,以防止再播。除草是始于2000年,当时所有nonseeded物种每年连根拔起,一直持续到2004年。故事情节被抽样从2000年到2004年,然后(在2007年规定的燃烧)2009 - 2010。gydF4y2Ba

峰值地上生物量的物种被剪裁估计四、0.25gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba每复制样7月底或八月(取决于当年的生长条件)。剪生物质分离的物种和材料烘干的60°C 12人力资源和体重。样被随机位于每个复制避免区域被夹在过去的2年。每年播种物种和确定的函数形式丰富视觉测量整个9米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba每个复制。这些数据用于物种和函数形式丰富的相关统计分析。gydF4y2Ba

入侵物种(定义为nonseeded物种)与两种方法估计。在2003 - 2004年入侵物种估计使用叶面封面。为此,两个0.5米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba样被随机位于每个情节(地区不是夹在前2年)前除草(6月)。入侵物种的叶面封面视觉估计使用Daubenmire覆盖规模[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。除草于2004年停止后,入侵物种在2009 - 2010年估计基于生物质样方内用来估计的生物量。gydF4y2Ba

字段2的情节没有采样期间第一个生长季节但受到相同的最高切削治疗领域1。字段2的情节没有除草,因为他们没有磁盘,和干燥的地区创造了一个破坏性的物种的风险。峰地上生物量的物种估计在字段1,除非我们使用两个0.5米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba样。播种和入侵物种被剪的物种在这些情节。每年播种物种和确定的函数形式丰富视觉测量整个25米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba每个复制。gydF4y2Ba

2.5。统计分析gydF4y2Ba

在实验设计的类型,物种和函数形式丰富不是正交的,独立的因素;然而,非正交性问题可以解决通过使用主成分分析(PCA)物种的相关矩阵和函数形式丰富gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。在这个分析中,PC1捕捉合并后的效果和功能丰富的物种,尽管PC2提供信息的独立效应函数形式丰富(如果有的话)。主成分分析中使用的数据来自每年物种丰富度调查。电脑被选中作进一步分析,如果它的方差(gydF4y2Ba)是大于一个随机gydF4y2Ba通过破碎棒法计算(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。选择电脑的分数计算使用PC-ORD版本5 (MJM软件设计)和用作物种和代理函数形式丰富在下面描述的各种回归分析。gydF4y2Ba

我们跟着Tilman [gydF4y2Ba22gydF4y2Ba),利用变异系数(CV)在峰值地上生物量研究长度的测量生物稳定性:简历越高,稳定性越低。作为另一个测量的稳定,我们也计算上界(最大)和下界(最小)的地上生物量峰值超过长度的实验。gydF4y2Ba

差异的治疗方法在峰值地上生物量进行了分析使用重复观察析因方差分析(ROAOV),经过多年的反复观察因素(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。2007年燃烧之后,复制的字段1口袋gopher受到不同程度的影响(gydF4y2BaGeomys bursariusgydF4y2Ba)的干扰。因此ROAOV分析领域1是使用6原状复制/治疗组合而不是最初的十(ROAOV需要一个平衡的设计)。在没有复制的情况下被感染的治疗组合内囊鼠,随机选择6复制。我们使用的回归分析所有nondisturbed复制。gydF4y2Ba

物种的功能关系和函数形式丰富(PC)的定义与地上生物量,简历,最小和最大峰值地上生物量是通过回归分析测试。回归的统计差异斜坡为各种营养×速度组合进行了测试使用的方法概述了Snedecor和科克伦(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]gydF4y2Ba。gydF4y2Ba涉及物种和我们跑回归函数形式丰富与地上生物量为每个实验使用整个数据集,而不是每年治疗平均在一年之内,或整体实验的平均值。正如所料,这种方法降低了整体gydF4y2Ba但它是更适合确定如果物种和函数形式丰富和地上生物量之间的联系是强大到足以克服复制效果和年际变化。gydF4y2Ba

我们用逐步回归分析的组合增长率、养分利用效率、根架构和根生理最影响植物群落地上生物量及其年际变化。方法如下。(1)所有生长和根参数(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)标准化,以0 - 1的范围,使斜坡具有可比性。(2)为每个情节我们计算加权平均(由植物生物量加权)的标准化植物生长和根参数。(3)这些加权平均作为独立变量的逐步回归,地上生物量或其简历构成了因变量(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。随机种子的混合物+不同层面的丰富物种和函数形式为一个非常健壮的分析。gydF4y2Ba

3所示。结果gydF4y2Ba

主成分分析的字段1和2的实验结果只有1重要的轴,PC1。字段1了gydF4y2Ba破碎的棍子gydF4y2Ba占总方差的88%,而字段2了gydF4y2Ba破碎的棍子gydF4y2Ba占总方差的95%。在1和2 PC1呈正相关,两个物种丰富性和功能形式:gydF4y2Ba,gydF4y2Ba。在所有的回归分析,PC1被用来描述物种和丰富的函数形式。gydF4y2Ba

3.1。生物质作为营养相关的应用程序gydF4y2Ba

字段1gydF4y2Ba
播种物种的平均生物量养分之间的不同组合(减轻gydF4y2BaFert,gydF4y2Ba,见表gydF4y2Ba6gydF4y2Ba所有物种丰富度)治疗:336 (±20)g·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}在高N治疗和246 (±15)g·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}在低N + P治疗。在营养组合(减轻平均生物量下降gydF4y2Ba一年,gydF4y2Ba,见表gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)从2000年到2004年,主要是由于生长季降水的变化,然后增加(大幅高N处理)在2007年规定的燃烧(图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。有一个显著的营养类型植物丰富性××年交互(减轻gydF4y2Ba治疗gydF4y2Ba一年,gydF4y2Ba,见表gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),这在下一节中描述的细节。gydF4y2Ba

字段2gydF4y2Ba
营养治疗在播种物种生物量没有显著的影响作为主要作用或相互作用或物种丰富度(见表gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)。然而那样显著影响nonseeded物种生物量(见表gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。总的来说,nonseeded生物量较高(减轻,gydF4y2Ba,见表gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)在N处理(gydF4y2Bag·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}比控制和P治疗()gydF4y2Bag·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}),它大幅增加(减轻gydF4y2Ba一年,gydF4y2Ba,见表gydF4y2Ba8gydF4y2Ba从2007 - 2008年)2009 - 2010年的生长季节(gydF4y2Bag·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}与gydF4y2Bag·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba},图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。变化是驱动主要由生长季节降水增加50%(218和332毫米,图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)nonseeded物种的反应更迅速比播种的物种。在字段1,有一个重要的植物丰富×年交互播种和nonseeded生物质(治疗*,gydF4y2Ba,见表gydF4y2Ba7gydF4y2Ba和gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

3.2。生物量与物种丰富性和功能形式gydF4y2Ba

字段1gydF4y2Ba
种子总生物量呈正相关,物种和丰富的函数形式(gydF4y2Ba),回归不同属于高N行,低N, P治疗(图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。而低gydF4y2Ba预计由于年际变化大,向上趋势仍然是重要的。响应是由在最小和最大生物量增加(超过11年)作为物种的函数和函数形式丰富。最低生物量影响营养水平(gydF4y2Ba,gydF4y2Ba),而最大生物量gydF4y2Ba、0.13和0.49 (gydF4y2Ba)高氮、低N, P治疗。生物量的简历(每年)播种与物种和物种大幅下降函数形式丰富,但营养类型和速率的影响(图组合gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
逐步回归显示几个之间的相似之处和各种不同的高氮、低N, P治疗(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。在所有治疗地上生物量呈正相关,N利用率(自虐)。在N治疗也是和根表面积(呈正相关gydF4y2Ba斜率)(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。有一些低N和P治疗之间的共性。在这两种情况下地上生物量呈正相关,相对增长率(RGR)与root-to-shoot比率呈负相关(R, S)和磷利用效率(PUE)(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。类似的逐步回归的生物量的简历(表导致一组不同的变量gydF4y2Ba3gydF4y2Ba):正相关,R, S和根可塑性(gydF4y2Ba常数)和消极的gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

字段2gydF4y2Ba
种子总生物量呈正相关,物种和丰富的函数形式(gydF4y2Ba),回归线(图中不同营养治疗gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。然而,结果主要是由一个治疗因素驱动的2(7)治疗,平均6种和4功能形式(图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba):gydF4y2Bag·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}与gydF4y2Ba其他疗法(治疗gydF4y2Ba一年,gydF4y2Ba,见表gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)。最小最大生物量和生物量(4年以上)增加物种的函数和函数形式丰富(gydF4y2Ba,gydF4y2Ba),但被营养水平的影响(减轻,gydF4y2Ba,减轻gydF4y2Ba一年,gydF4y2Ba,年gydF4y2Ba减轻gydF4y2Ba治疗,gydF4y2Ba,见表gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)。播种生物量呈负相关的简历丰富物种和函数形式(图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
逐步回归显示各种N之间的相似之处和不同之处,控制,和P治疗(表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。在所有的营养治疗的生物量呈正相关,RGR和N吸收速率每根表面积(Imax-N)和负相关gydF4y2Ba和根横向传播(大gydF4y2Ba平等的根密度低)。控制和P治疗也呈正相关gydF4y2Ba与自虐和R:呈负相关(表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。简历的逐步回归的播种生物质Imax-N和导致了一个积极的相关性gydF4y2Ba(低根密度)和负相关Imax-P和自虐(表gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

3.3。作为种子相关物种入侵物种丰富性和功能形式gydF4y2Ba

字段1gydF4y2Ba
的封面nonseeded物种在2003 - 2004年与种子呈负相关物种和丰富的函数形式(gydF4y2Ba,gydF4y2Ba)和受到营养水平的影响。nonseeded物种的生物量燃烧在2007年(2009 - 2010)的生物量呈负相关的物种受到营养治疗(图的关系gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。这也是逆相关物种和丰富的函数形式(泰爱泰党,gydF4y2Ba,见表gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),影响营养类型(减轻gydF4y2Ba泰爱泰党,gydF4y2Ba,见表gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),但影响营养×利率组合(gydF4y2Ba,减轻gydF4y2BaFertgydF4y2Ba泰爱泰党,见表gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

字段2gydF4y2Ba
nonseeded物种生物量呈负相关的物种和函数形式丰富的物种(图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),而其简历呈正相关(gydF4y2Ba,gydF4y2Ba),这表明nonseeded物种在不同植物群落不稳定。总的来说,nonseeded物种的生物量播种的生物量呈负相关的关系受到营养治疗(图的影响gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

4所示。讨论gydF4y2Ba

植物多样性增加生产的假设是基于命题,有足够的差异在生理学、植物形态、资源需求和生活历史这几个物种的混合物可以更好地利用限制资源比单一物种(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。Biondini [gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)描述植物形态和生理特征如何影响生物质生产的前6年增长领域1。类似的分析显示,12年后许多相似之处,但在高N处理两个主要的差异。第一个是高N之间的实质性差异生物质治疗和其他的2009 - 2010年(gydF4y2Ba与gydF4y2Bag·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba})。第二个涉及与地上生物量的植物参数相关。经过12年的增长,N根吸收速率和根表面积继续积极与地上生物量,但相对增长率没有,更有趣的是N的利用效率从消极到积极的相关性与地上生物量。低N和P治疗6和12年的增长的结果是相同的。有趣的是,逐步回归分析领域2(5年的增长)显示了类似的结果,从第一个字段1的6年。在这两个实例,生物量高当物种混合物(1)相对增长率高、根密度、根表面积、或N根吸收速率;(2)低root-to-shoot比(高茎和叶生物量分配)。有三个字段2,意想不到的结果。我们假设在干燥领域2 N的利用效率,可塑性强,根生物量分配与生物质生产根会呈正相关。然而,结果是相反的:他们不相关或负相关。 It appears, thus, that in the early stages of establishment, relative growth rates, root surface area, N root uptake rates, and root density play a more important role than the allocation of biomass to nonphotosynthetic tissue (roots) or the efficiency of nutrient utilization. A review of the literature has shown similar results regarding root biomass. Bessler et al. [27gydF4y2Ba在德国草原上的一项研究报道,root-to-shoot比率在混合物低于预期的单一物种出现在混合物的性能。他们推测物种间的相互作用导致了地下的器官生物量减少分区。在我们的研究中逆root-to-shoot比率和生物量之间的关系一直是一致的在这两个字段1和2和时间跨度。gydF4y2Ba

结果从两个字段1和图2显示一致的积极的地上生物量和物种之间的关系和相关与回归直线的函数形式丰富施肥水平。最小最大生物量和生物量也正相关的物种丰富性和功能形式。这些结果与现有的证据(主要在协议gydF4y2Ba7gydF4y2Ba),包括施肥反应(gydF4y2Ba28gydF4y2Ba,gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。例如,Cardinale et al。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)总结了44个实验的结果,操纵了丰富性和显示,在79%的他们,治疗与多个物种产生的平均生物量比单一栽培的1.7倍。标准的解释是,较高的生物量是工件增加的概率选择高产物种当使用不同的混合物。Cardinale et al。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba),然而,得出的结论是,尽管生产力物种确实有助于物种richness-biomass链接,这些贡献等于或超过了物种的互补性和互补的大小增加实验运行的时间越长,因此长期研究的必要性。吉尔曼和赖特gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]做了一个更广泛的荟萃分析包括159 productivity-plant从131年发表的研究物种丰富度的关系。他们发现研究的关系是积极的,不管粮食和单峰关系没有主导甚至微粒或小空间的研究程度。类似的线性关系被发现白等。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba在productivity-diversity欧亚大草原上的关系。然而在北部大平原,结果从郭et al。gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba)表明,当种子多样性跨越足够广泛(2-32物种),diversity-productivity关系可能非单调,与生产力先增加,然后下降当丰富达到16个物种。在同一地区,但我们的研究进行更广泛和更长的时间;然而,我们的线性响应是一致的郭et al。gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]因为我们有效的物种丰富度或低于16种阈值。gydF4y2Ba

biomass-richness关系的另一个特点是主导地位的角色。结果从最近的建模和实证研究表明,植物丰富的组合和生物质能平衡导致提高生产率gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。事实并非如此在我们的研究中,在那里,在治疗生物量和物种丰富度最高,占主导地位的物种占至少60%的总地上生物量。逐步回归显示,地上生物量呈正相关,物种丰富度和优势在两个字段1(丰富性和主导地位gydF4y2Ba,gydF4y2Ba)和字段2(丰富性和主导地位gydF4y2Ba,gydF4y2Ba)。达菲(gydF4y2Ba36gydF4y2Ba]在文献之回顾,表明个别物种的主要影响在实验环境中可能是一个构件的简化的环境试验和单一响应变量通常被认为是(生物质在我们的例子中)。达菲(gydF4y2Ba36gydF4y2Ba)得出结论,实验可能低估了现实世界的生态系统功能多样性和均匀度的重要性。gydF4y2Ba

评估的结果从早期的实验(gydF4y2Ba37gydF4y2Ba)最近的涉及长时间和多个站点gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba12gydF4y2Ba)已导致至少两种类型的一般结论:(1)平均而言,随着物种丰富度下降那么生产力;(2)变化的大小和方向取决于物种的身份和函数形式。具体来说,Marquard et al。gydF4y2Ba38gydF4y2Ba)在实验分析草原在德国发现地上群落生物量呈正相关两种官能团的数量。他们得出的结论是,积极的关系表明,互补性大属于不同的物种之间,而不是相同的官能团。从我们的研究结果无法单独的函数形式丰富本身可能如何影响工厂生产,但逐步回归结果并产生一些有用的见解表明物种有不同的形态和生长特性的结合可以显著影响地上生物量和长期稳定。gydF4y2Ba

假设稳定取决于生物多样性已经深入讨论(例如,gydF4y2Ba39gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba46gydF4y2Ba])。迄今为止的经验数据提供了合格的支持这一假说的物种丰富度可以增加生态系统稳定,虽然底层机制可能不同于理论预测,在很多情况下仍然需要被完全解决gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。然而,它是重要的,有一些研究显示逆植物多样性和生态系统功能的稳定性之间的关系(gydF4y2Ba47gydF4y2Ba,gydF4y2Ba48gydF4y2Ba]。在广泛分析9年的数据来自美国香柏溪lte网站,Tilman [gydF4y2Ba22gydF4y2Ba)发现了一个有趣的人口和生态系统稳定性之间的二分法:物种多样性减少植物群落生物量的年变化水平,但增加在物种水平。Tilman [gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]因此认为,这一发现和解的理论分析,多样性应该可能导致不稳定在个别物种层面,与diversity-stability假设适用于社区一级。最近的分析从BIODEPTH实验gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)进一步支持多样性的稳定作用的颞可变性在草原地上年度净初级生产通过两种机制:人口异步和overyielding。从我们的研究结果显示,一个强大的生物量增加种子物种与物种的稳定性和功能形式丰富,影响物种的关系优势和施肥水平。相反nonseeded物种的稳定性与播种物种丰富度下降,而且有点反直觉是当nonseeded物种最低的是占主导地位的。最后的结果是一个惊喜因为波莉et al。(gydF4y2Ba49gydF4y2Ba)表明,在南部高草草原在恢复草原生物量变化相对较少,因为他们往往是由一个物种(gydF4y2BaSchizachyrium scopariumgydF4y2Ba)的生物量变化小于其他主导和亚优势物种的生物量。他们的结论是,在这些草原,生物质应对自然降水的变化一样依赖的特点主要草地多样性的差异。gydF4y2Ba

科学成果发表的广泛审查Hooper et al。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)表明,入侵植物群落的物种组成的影响,一般随物种和丰富的函数形式。Hooper et al。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]添加警告,一些其他因素,如繁殖体压力,干扰政权,和资源可用性,强烈影响入侵成功,往往覆盖物种丰富度的影响。这些情况之一是结果从促进et al。gydF4y2Ba47gydF4y2Ba)发现草原社区对入侵的易感性高高多样性的网站因为外在因素导致空间多样性的变化(土壤扰动,光可用性),植物多样性本身没有任何直接的影响。其他的研究(gydF4y2Ba50gydF4y2Ba),然而,表明在干旱草原(蒙大拿州东部)群落物种丰富度较低的入侵(通过更加沉重的负担gydF4y2Ba矢车菊属stoebegydF4y2Ba比那些更大的物种丰富度)。作者瑞内拉的进一步分析入侵问题等gydF4y2Ba。gydF4y2Ba(gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]表明,per-gram-of-biomass基础上,每个居民植物组同样抑制的增长gydF4y2Ba矢车菊属stoebegydF4y2Ba。他们得出的结论是,为了防止入侵,保持整体的生产力可能是更重要的比保持特定的植物组织或物种的生产力,强烈的干扰(长期干旱、过度放牧等)消耗多个植物组经常可能入侵的先决条件。从我们的研究结果是明确的:在这两个网站入侵nonseeded物种与物种急剧下降和函数形式丰富以及种子物种的生物量。gydF4y2Ba

Dimitrakopoulos et al。gydF4y2Ba52gydF4y2Ba)表明,火灾对地上生物量和物种丰富度互动影响生产,用火增加物种的生物量的社区。他们还表明,物种丰富社区更耐火种类丰富的社区。我们没有使用火的治疗,但字段1在2007年被烧毁,作为网站的管理。我们分析生物量和物种丰富度的关系的之前和之后的燃烧。结果是喜忧参半的。在高N处理、生物质燃烧比以前更高的燃烧后(gydF4y2Ba与gydF4y2Bag·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba})尽管生长季节降水较低(385和458毫米)。与物种丰富度的关系,然而,从积极的在燃烧(gydF4y2Ba,gydF4y2Ba燃烧后)- 1 (gydF4y2Ba,gydF4y2Ba)。火,因此,增加生物量,但丰富的网站不如种类丰富的抗燃烧。这可能是由于这一事实往往是由种类丰富网站gydF4y2Ba叶片gydF4y2Ba(通过种植或入侵),一个物种往往是抗火。上的生物量低N, P治疗是不受火灾影响(gydF4y2Bag·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}与之前gydF4y2Bag·mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}燃烧后)。的斜率生物量和物种丰富度之间的回归,但是更高的燃烧后(斜率= 58岁gydF4y2Ba,gydF4y2Ba比之前)(斜率= 11,gydF4y2Ba,gydF4y2Ba),这表明生物量之间的良性互动,火和物种丰富度。gydF4y2Ba

总之,gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba在潮湿和干燥的北方平原草原,地上生物量和生物量增加,植物物种的长期稳定和功能形式丰富;gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba在这两个网站,第一次5年的增长,地上生物量年际变化越来越低,物种在混合物(1)相对增长率高、根密度、根表面积、或N根吸收速率;(2)低root-to-shoot比(高茎和叶生物量分配)和N的利用效率;gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba在湿润的网站,经过12年的发展变化。N根吸收速率和根表面积继续积极与生物量,但相对增长率没有,和N利用率从负面种植后(6年)与生物质生产正相关;gydF4y2Ba(iv)gydF4y2Ba在这两个网站nonseeded物种的入侵到播种情节大幅下降增加植物物种和丰富的函数形式。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者感谢女士Breanna Paradeis Kobiela和克丽丝Ringwall博士提供无价的帮助在田间试验的设计和实现。支持这项研究由美国国家科学基金会(deb - 9627928)和USDA-NRICGP(93 - 0051、99 - 00979和2008 - 00717年)。gydF4y2Ba