多物种丰产草地的设计原则：量化丰富性之外的多样性效应

IF 5.3 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Journal of Ecology Pub Date : 2024-04-29 DOI:10.1111/1365-2745.14314

John A. Finn, Matthias Suter, Rishabh Vishwakarma, Natalie J. Oram, Andreas Lüscher, Caroline Brophy

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摘要

1 植物多样性促进更具环境可持续性的牧草生产草地是一种具有全球重要性的生物群落，可提供多种生态系统功能和服务。在温带地区，高产草地的特点是物种丰富度低（通常是耕地作物轮作中的单一作物），管理粗放，包括定期重播农艺栽培的牧草品种，施用无机氮肥，以最大限度地提高可消化牧草的产量。它们与半自然草地有很大不同，半自然草地通常物种丰富度更高，不施用氮肥，产量较低（见下文参考文献）。增加生产性草地的植物多样性是一种基于自然的解决方案，可在保持生物量产量的同时减轻环境影响并提高复原力，目前正对此进行广泛研究（例如，Grange 等人，2021 年；Komainda 等人，2020 年；Lüscher 等人，2022 年；Nyfeler 等人，2009 年）。重新设计更具环境可持续性和生产力的草地，理想的结果是：用更少的氮肥获得更高的产量、减少温室气体排放、提高对环境干扰的适应力并改善土壤健康。植物物种的特性和数量是播种草地的基本设计特征，建议改变这些特性必须以强有力的证据为基础。迄今为止，许多研究表明，在高管理强度下，增加高产草地的植物多样性可提供所需的生态系统功能，包括高饲料产量和质量（Finn 等，2013 年；Suter 等，2013 年）、迄今为止，许多研究表明，在高管理强度下增加高产草地的植物多样性可提供理想的生态系统功能，包括高饲料产量和质量（Finn 等人，2013 年；Suter 等人，2015 年）、更高的养分利用效率（Suter 等人，2021 年）、产量稳定性（Haughey 等人，2018 年）、抑制杂草（Connolly 等人，2018 年；Suter 等人，2017 年）以及抵抗极端天气事件和从极端天气事件中恢复（Grange 等人，2021 年；Hofer 等人，2016 年）。与设计的多物种混合物相关的一个突出的基于自然的解决方案是，通过共生固定 N2 来取代无机氮肥（例如，Baker 等人，2023 年；Nyfeler 等人，2009 年）及其相关的环境影响（Cummins 等人，2021 年），此外还有利于土壤肥力（Fox 等人，2020 年）和土壤生物多样性（Ikoyi 等人，2023 年）。这些研究表明，适度的植物多样性有利于改善高产草地的多种生态系统功能，并代表了基于多样性的自然解决方案。在此，我们概述了在开发设计和分析框架以更好地量化多样性如何影响生态系统功能和服务方面取得的进展，特别是：物种丰富度、群落组成和相对丰度如何共同或单独地促进生态系统功能？这些知识如何帮助确定表现最佳的群落？我们回顾了植物多样性在面对环境干扰时维持产量和其他生态系统服务的作用。我们介绍了多功能性分析的最新证据和进展。最后，我们讨论了从半自然草地吸取的经验教训为何不一定适用于生产性草地，并为今后的研究提供了一个路线图，以提高生产性草地的生态系统功能。

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Design principles for multi-species productive grasslands: Quantifying effects of diversity beyond richness

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期刊介绍： Journal of Ecology publishes original research papers on all aspects of the ecology of plants (including algae), in both aquatic and terrestrial ecosystems. We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems. Studies of plant communities, populations or individual species are accepted, as well as studies of the interactions between plants and animals, fungi or bacteria, providing they focus on the ecology of the plants. We aim to bring important work using any ecological approach (including molecular techniques) to a wide international audience and therefore only publish papers with strong and ecological messages that advance our understanding of ecological principles.