Pflanzenarten-Zusammensetzung und Schlüsselarten-Abundanz treiben die multifunktionale Leistung von Ökosystemen

Zusammenfassung Der weltweite Verlust der Biodiversität hat großes Interesse an der Rolle von Pflanzengemeinschaften bei der Steuerung von Ökosystemfunktionen geweckt. Das Verständnis darüber, wie Bodeneigenschaften, Pflanzenartenreichtum und Pflanzengemeinschaftszusammensetzung interagieren, um die multifunktionale Leistungsfähigkeit von Ökosystemen zu beeinflussen, ist begrenzt. Wir führten ein konstruiertes Ökosystemexperiment durch, bei dem wir Bodenherkunft (d.h. fruchtbarer Ackerboden und relativ nährstoffarmer Brachboden), Pflanzenartenreichtum und Gemeinschaftszusammensetzung (Ein-Arten-Monokulturen sowie alle möglichen Zwei-, Drei- und Vier-Arten-Kombinationen von fünf Pflanzen) gleichzeitig variierten, um deren Einfluss auf die multifunktionale Leistung des Ökosystems in Bezug auf Biomasseaufbau, Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) in Pflanzen, Treibhausgasemissionen, Bodennährstoffe, Boden-N-Fixierung sowie Mineralisation von N und Phosphor (P) zu beurteilen. Wir fanden heraus, dass die multifunktionale Leistung des Ökosystems signifikant durch die Bodenherkunft, die Pflanzengemeinschaftszusammensetzung und den gemeinschaftsgewichteten Mittelwert (CWM) der Pflanzenbiomasse, jedoch nicht durch den Pflanzenartenreichtum beeinflusst wurde. Wir gruppierten die Gemeinschaftszusammensetzung in die N-fixierende Gruppe (einschließlich N-fixierender Pflanzen) und die nicht N-fixierende Gruppe (ohne N-fixierende Pflanzen). Die N-fixierende Pflanzengruppe zeigte in beiden Bodenherkünften eine signifikant höhere multifunktionale Leistung als die nicht N-fixierende Gruppe. Für den Brachboden stieg die Multifunktionalität mit zunehmendem relativen Anteil und Biomasseanteil von Albizia julibrissin (N-fixierende Art) in den Gemeinschaften, sank aber mit dem Biomasseanteil von Platycladus orientalis (nicht N-fixierende Art). Für den Ackerboden nahm die Multifunktionalität mit der Häufigkeit von Toona sinensis (nicht N-fixierende Art) und dem Biomasseanteil von Albizia julibrissin zu, nahm jedoch mit Häufigkeit und Biomasseanteil von Morus alba (nicht N-fixierende Art) ab. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Schlüsselarten, die die multifunktionale Leistung des Ökosystems bestimmen, je nach Bodenbedingungen variieren. Synthese und Anwendungen: Wir schlagen vor, dass die Zusammensetzung der Pflanzengemeinschaft sowie die relative Häufigkeit und Biomasseanteile von Schlüsselarten die multifunktionale Leistung von Ökosystemen antreiben. Wir empfehlen, bei ökologischen Wiederherstellungsprojekten die Auswahl geeigneter Pflanzenkombinationen unter unterschiedlichen Bodenbedingungen besonders zu berücksichtigen. Unsere Studie hebt die differenzierten Rollen von Schlüsselarten bei Ökosystemfunktionen unter verschiedenen Ressourcenbedingungen hervor. Die N-Fixierung spielt im Allgemeinen eine entscheidende Rolle bei der Förderung der multifunktionalen Leistung von Ökosystemen, und N-fixierende Pflanzen können als Wiederherstellungsinstrumente auf nährstoffarmen, degradierten Flächen dienen.