戴云山物种多样性与系统发育多样性海拔梯度分布格局及驱动因子

生物多样性的海拔分布格局是生态学研究的热点。海拔作为综合性因子驱动着植物群落的物种、系统发育与功能多样性的空间分布。以戴云山南坡900-1600 m森林植物群落为研究对象,探讨物种多样性、系统发育指数与环境驱动因子的相互关系以及环境因子在群落构建与多样性维持中的重要意义。结果表明：（1）森林植物群落的系统发育多样性与物种多样性沿海拔均呈现中间高度膨胀格局。（2）物种多样性Margalef指数、Shannon-Wiener指数与系统发育多样性指数呈显著正相关,表明物种多样性越高,系统发育多样性也越高。Shannon-Wiener指数与物种多样性指数（Margalef、Pielou、Simpson指数）、系统发育多样性及系统发育结构都存在显著相关性,一定程度上Shannon-Wiener指数可以代替其他指数。Pielou指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数与系统发育结构NRI （Net relatedness index）指数、NTI （Net nearest taxa index）指数存在显著正相关,表明群落优势度、均匀度与系统发育结构相关性较强。（3）土壤全磷含量是影响系统发育多样性和物种多样性的主要驱动因子,土壤含水量是影响Shannon-Wiener、Pielou、Simpson指数的最显著因子,海拔是影响群落系统发育结构的主要因素。海拔是影响系统发育结构变化的主要环境因子,而土壤因子是影响物种多样性与系统发育多样性的主要因素,进一步验证了物种多样性与系统发育多样性的高度相关,结果旨在揭示物种群落空间分布规律。     

南亚热带常绿阔叶林树木多样性与生物量和生产力的关联及其影响因素

生物多样性和生态系统功能的关系直接或间接地影响着生产力, 是生态学研究的关键问题。本研究旨在定量探讨亚热带自然林演替后期森林生态系统树木多样性与生物量或生产力的关系。本研究基于中国南亚热带长期永久性样地的群落调查数据以及地形和土壤养分数据, 分析了南亚热带常绿阔叶林树木多样性与生物量和生产力的关联及其影响因素。相关性分析结果表明, 物种多样性与生物量呈显著负相关, 与生产力呈显著正相关; 结构多样性与生物量呈显著正相关, 与生产力呈显著负相关。此外, 不同环境因子对多样性、生物量和生产力的影响具有显著差异, 其中土壤含水量对生产力有显著影响, 物种多样性指标与部分地形和土壤因子均有相关性, 而群落结构多样性指标与土壤因子的相关性更强。方差分解结果表明, 结构多样性对生物量和生产力的单独效应的解释率最大, 分别为35.39%和5.21%; 其次是结构多样性和物种多样性的共同效应, 对生物量和生产力的解释率分别为13.66%和3.53%; 地形和土壤因子的解释率较小。同时, 结构方程结果也表明, 结构多样性对生物量有较强的直接正影响; 生物量对生产力有强烈的直接负影响, 结构多样性通过增加生物量明显地减少了生产力; 土壤和地形因子主要是通过物种和结构多样性间接影响生物量和生产力。综上, 本研究认为在南亚热带森林演替顶极群落中, 群落结构复杂性和物种多样性的提高对促进群落生产力和生物量具有重要作用。     

陆地植物群落物种多样性维持机制

从空间尺度和特定生物区系两个尺度对物种多样性的维持机制进行了综述.在大的空间尺度,简述了引起物种多样性存在差异的物理和自然因子的作用,包括植物群落的历史和年龄、梯度变化(纬度梯度、水分梯度、海拔梯度、土壤养分梯度)、面积效应和隔离程度;针对特定生物区系,从生物因素(生产力、种间关系、林隙动态)和非生物因素(演替、干扰及空间异质性、人类活动)方面论述其与物种多样性之间的关系.     

群落物种及结构多样性对森林地上生物量的影响及其尺度效应:以巴拿马BCI样地为例

随着全球物种多样性丧失速率的日益加剧,森林群落(特别是占陆地碳储量一半的热带森林)内物种多样性与地上生物量之间的关系愈加受到关注。一般认为森林群落的物种多样性能够促进地上生物量的累积。但随着研究的深入,研究人员发现物种多样性对地上生物量的促进作用可能会受到结构多样性和非生物环境因子的干扰或抵消,而且对于影响地上生物量的各类因素的作用强度是否会随空间尺度的不同而发生变化也还存在争议。本文基于巴拿马Barro Colorado岛(BCI)50 ha大型森林动态监测样地的调查数据,采用结构方程模型对影响其地上生物量的直接及间接因素进行分析。结果表明:随着空间尺度的增加,物种多样性对地上生物量的作用由不显著转为显著负作用,且强度逐渐增加;而结构多样性对地上生物量均具有显著正作用,且强度逐渐减弱。非生物因子与两种多样性之间均具有一定的相关性,并进而对地上生物量产生间接影响。这一结果暗示未考虑结构多样性而得到的物种多样性与地上生物量的正相关关系可能是由结构多样性介导或受非生物因素的间接作用所致,而在森林群落特殊的林窗及强烈的非对称性竞争中,物种多样性与地上生物量更可能呈现负相关关系。     

外生菌根真菌多样性的分布格局与维持机制研究进展

外生菌根(ectomycorrhiza,ECM)是由土壤真菌与陆地植物根系形成的一种互惠共生体。ECM真菌从寄主植物中获取生长所需的碳源,同时促进寄主吸收氮、磷等矿物营养物质和水分。作为生态系统的重要组分,ECM真菌在生态系统的演替和多样性维持中发挥着重要的作用,因而揭示ECM真菌多样性的分布格局与维持机制是生物多样性与生态系统功能研究的热点领域之一。本文对ECM真菌多样性的最新研究进展进行了综合分析,相关研究显示,从热带到亚热带、温带森林,每种寄主植物上ECM真菌的平均物种数逐渐升高。扩散和选择过程都影响ECM真菌的分布格局,其中扩散对ECM真菌分布的影响具有空间尺度依赖性,即在全球和局域尺度上,扩散对ECM真菌分布的影响较弱,而在区域和小尺度上很强。同时,在局域尺度上,扩散对ECM真菌的分布具有寄主植物优势度依赖性,即在寄主植物不占优势的生态系统中,扩散对ECM真菌的分布有明显作用;而在寄主植物占优势的生态系统中则无影响。植物、动物、微生物和非生物因素的选择也都影响ECM真菌的分布格局,其中在温带地区所有研究均表明选择对ECM真菌的分布有影响,但是在热带地区有的研究表明选择对ECM真菌的分布有影响,而有的研究则显示无影响。植物的多样性和生产力都能影响ECM真菌的多样性,其中在温带、亚热带和热带森林中寄主植物属的多样性决定ECM真菌多样性,而植物生产力多样性假说只在一些温带的研究中得到证实。未来的研究重点应关注全球尺度,特别是在全球气候变化背景下的ECM真菌多样性的分布格局、维持机制及其生态系统功能等方面。     

生物多样性与生态系统功能:最新的进展与动向

生物多样性与生态系统功能的关系及其内在机制是当前生态学领域的重大科学问题。 2 0 0 2年以来人们不再过多地纠缠于“抽样 -互补之争” ,对这一世纪课题的认识又有了新的进展。 (1)人们开始运用已有的知识揭示更大时间和空间尺度上的物种多样性 -生态系统功能关系。多样性作用机制可能存在着动态变化———“抽样向互补转型” :群落建立初期 ,抽样效应是主要的多样性作用机制 ;随时间推移 ,生态位互补成为主要机制。理论研究则预测 :局域尺度上生态系统功能与物种多样性呈现单峰曲线关系 ,在区域尺度上为单调上升关系 ;(2 )非生物因素与多样性 -生产力的交互关系吸引了许多实验研究。人们发现 :物种多样性 -生产力关系可能会受到资源供给率和环境扰动的修正 ,环境因素可能是多样性 -生产力关系的幕后操纵者 ;(3)人们开始重视营养级相互作用对于多样性 -生态系统功能关系的影响 ,生态位互补和抽样假说开始被扩展运用到消费者营养级上 ;(4 )人们开始认真思考物种共存机制在多样性 -生态系统功能关系的形成中所扮演的角色。理论模型研究表明 ,不同的物种共存机制会导致不同的多样性 -生产力关系     

功能多样性对典型阔叶红松林生产力的影响

为比较生物量比率假说与生态位互补假说在解释生产力变异的相对重要性, 探讨生物多样性和生产力之间的关系是否受到生物和非生物因素的影响, 该研究依托小兴安岭9 hm ²阔叶红松(Pinus koraiensis)林动态监测样地, 通过计算群落初始生物量、物种多样性、功能多样性、植物性状的群落加权平均值和测定环境因子, 运用线性回归模型、结构方程模型, 比较了物种多样性和功能多样性与生产力的相关性。结果表明: (1)物种多样性和功能多样性均对生产力有显著作用, 功能多样性比物种多样性与生产力的关系更为密切; (2)功能多样性指数比群落加权平均值能更好地解释生产力变异, 说明生态位互补假说更适用于解释阔叶红松林群落内生产力的变异; (3)生物多样性与生产力的关系受生物因素与非生物因素的共同作用, 相较于多样性和功能性状组成(植被质量), 初始林分生物量(植被数量)能更有效地解释生产力的变异。生物多样性与生产力关系的研究应从植被质量与植被数量同时出发, 评估生态系统过程的多种非生物和生物驱动因素, 同时维护森林功能多样性, 加强植物与土壤环境的保护, 对有效增加生产力和维持生物多样性具有重要意义。     

格氏栲天然林林窗植物物种多样性与系统发育多样性

林窗环境异质性导致群落物种多样性与系统发育多样性(phylogenetic diversity, PD)存在差异, 研究不同大小的林窗中群落的物种多样性与系统发育多样性有助于揭示林下生物多样性的形成及维持机制。本文以格氏栲(Castanopsis kawakamii)天然林为研究对象, 通过Pearson相关性分析与广义线性模型探讨了林窗内物种多样性与系统发育多样性间的相互关系及其环境影响因素。结果表明: (1)大林窗(面积 > 200 m²)植物种类及多度均高于中林窗(50 m² ≤ 面积 < 100 m²)、小林窗(30 m² ≤ 面积 < 50 m²)和非林窗(面积 = 100 m²)。大林窗群落系统发育结构趋于发散, 中、小林窗和非林窗群落系统发育结构受到生境过滤和竞争排斥综合作用。(2)群落系统发育多样性指数与物种丰富度(species richness, SR)、Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener指数均呈显著正相关, 这与林窗内稀有种种类组成多于优势种有关。(3)林窗面积对物种多样性存在显著正效应; 土壤全氮含量对系统发育多样性和系统发育结构存在显著正效应。林窗形成提高了格氏栲天然林群落物种多样性和系统发育多样性, 林窗面积与土壤全氮共同驱动了格氏栲天然林林窗物种多样性和系统发育多样性的变化。     

黄河首曲湿地植物群落生产力、物种多样性及其与生境的关系

近年来，在气候变化与人为干扰等因素的驱动下，高寒湿地退化导致生物多样性的丧失如何影响生态系统功能尚无共识。以黄河首曲高寒湿地为研究对象，基于野外采样数据和植物群落多样性指数，重点分析植物物种多样性、地上生物量空间分布格局及其与土壤因子关系。结果表明：首曲湿地存在一定程度退化，植物群落组成主要集中在菊科和禾本科，莎草科和豆科植物较少；植物群落物种多样性和地上生物量未表现出显著的经纬度和海拔梯度变化；Patrick丰富度指数(R)和Shannon-Weiner多样性指数(H)与地上生物量呈显著正相关，说明保护区植物多样性的保护有利于生产力维持；土壤含水量影响着高寒湿地植被群落结构，与多样性指数呈显著相关性，是高寒湿地植被恢复和重建的关键性因子。该研究结果对于认识黄河首曲高寒湿地植物生物量和物种多样性及土壤因子的空间分异规律具有一定的参考价值，同时为高寒湿地退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护提供科学依据。     

生产力与生物多样性关系研究进展

生物多样性与生态系统的功能的关系已经成为人类社会面临的一个重大科学问题。本文简要介绍了生产力与生物多样性的概念和研究背景,综述了生产力与物种多样性关系研究的最新进展与争论：1．是物种多样性还是物种特性或物种组成决定生态系统的功能,目前还没有一致的结论;2．生产力与物种多样性关系的尺度效应极其明显,深刻理解和把握生态学尺度和尺度效应有望成为解析生产力与物种多样性关系的突破口：3．不能只保护所谓的关键种,考虑到生态系统的功能很大程度上依赖于受各式各样物种影响的各种不同的过程,尽最大可能保护最大的多样性,才是谨慎而明智的：4．由于自然生态系统极大的复杂性,生产力与物种多样性关系并没有一般的模式。在对已有成果进行综合分析的基础上,对生产力与物种多样性关系研究中亟待解决的区别物种特性与物种多样性问题、尺度问题、实验设计问题进行了探讨,并对未来的发展方向进行了展望。     

Functional and phylogenetic diversity determine woody productivity in a temperate forest

Understanding the relationships between biodiversity and ecosystem productivity has become a central issue in ecology and conservation biology studies, particularly when these relationships are connected with global climate change and species extinction. However, which facets of biodiversity (i.e. taxonomic, functional, and phylogenetic diversity) account most for variations in productivity are still not understood very well. This is especially true with regard to temperate forest ecosystems. In this study, we used a dataset from a stem‐mapped permanent forest plot in northeastern China exploring the relationships between biodiversity and productivity at different spatial scales (20 × 20 m; 40 × 40 m; and 60 × 60 m). The influence of specific environmental conditions (topographic conditions) and stand maturity (expressed by initial stand volume and biomass) were taken into account using the multivariate approach known as structural equation models. The variable “Biodiversity” includes taxonomic (Shannon), functional (FDis), and phylogenetic diversity (PD). Biodiversity–productivity relationships varied with the spatial scales. At the scale of 20 × 20 m, PD and FDis significantly affected forest biomass productivity, while Shannon had only indirect effects. At the 40 × 40 m and 60 × 60 m scales, biodiversity and productivity were weakly correlated. The initial stand volume and biomass were the most important drivers of forest productivity. The local environmental conditions significantly influenced the stand volume, biomass, biodiversity, and productivity. The results highlight the scale dependency of the relationships between forest biodiversity and productivity. The positive role of biodiversity in facilitating forest productivity was confirmed at the smaller scales. Our findings emphasize the fundamental role of environmental conditions in determining forest ecosystem performances. The results of this study provide a better understanding of the underlying ecological processes that influence specific forest biodiversity and productivity relationships.     

古田山中亚热带常绿阔叶林群落物种多样性的空间变异特征

古田山常绿阔叶林的群落组成、结构及其维持机制已有许多研究, 但该地区亚热带常绿阔叶林生物多样性空间变异特征还缺乏认识。本文以古田山24 ha大样地(划分为24个1 ha小样地)为基础, 具体分析了α多样性和β多样性在1 ha尺度上的空间变异特征。结果表明: (1)群落第一、二优势物种在各小样地之间变化不大, 但第三优势种变化较大; (2) α多样性变化中, 样地间木本植物个体数量变异最大, 物种丰富度其次, Pielou均匀度指数变异性最小; (3)物种丰富度与植株个体数量、Pielou均匀度指数没有显著的相关性, 与Shannon-Wiener指数呈显著正相关; Shannon-Wiener指数与Pielou均匀度指数呈显著正相关; (4)相邻样地间物种替代速率空间变异较大, 与物种丰富度的空间变化格局有明显差异。这些结果说明尺度对认识群落结构、探讨群落维持机制有重要作用; 由于森林群落是多尺度生态过程作用的结果, 大尺度样地可能有利于更好地揭示森林群落维持机制。     

广西马尾松林植物功能多样性与生产力的关系

探索植物多样性与生产力的关系可为森林经营与管理提供科学基础。本研究以广西4个地区的马尾松(Pinus massoniana)人工林群落为研究对象, 通过计算物种多样性、功能多样性和功能优势值, 运用相关分析、自动线性建模和方差划分等方法, 分析了多样性与生产力的关系。研究发现, 生产力与物种丰富度、Shannon指数、功能丰富度、功能均匀度极显著正相关(P < 0.01), 与物种均匀度、功能多样性、功能离散度、功能团个数、坡向显著正相关(P < 0.05), 与林龄极显著负相关(P < 0.01), 4个功能多样性参数和4个物种多样性参数两两之间皆为显著正相关; 未发现初始生物量制约生产力的提高; 方差划分最优模型中, 功能多样性参数效应、功能优势值效应和林龄效应分别解释生产力方差的56%、43%和33%, 功能多样性参数效应和功能优势值效应重叠部分高达27%; 生态位互补效应主要由功能丰富度和功能均匀度产生, 选择效应主要由生长型优势值产生; 生长型优势值为灌木的样地生产力较高, 次优种或过渡种对生态系统功能也有重要作用。以生产力为响应变量的自动线性建模最佳子集包括重要性由大到小的5个因素: 林龄、生长型优势值、功能丰富度、功能均匀度、功能团个数。建议维护森林功能多样性, 加强林下叶层植物保护, 用好功能重要的物种, 通过林下叶层的补偿性光合作用和生长竞争, 有效地提高生产力和生物多样性。     

Drivers of productivity and its temporal stability in a tropical tree diversity experiment

There is increasing evidence that mixed‐species forests can provide multiple ecosystem services at a higher level than their monospecific counterparts. However, most studies concerning tree diversity and ecosystem functioning relationships use data from forest inventories (under noncontrolled conditions) or from very young plantation experiments. Here, we investigated temporal dynamics of diversity–productivity relationships and diversity–stability relationships in the oldest tropical tree diversity experiment. Sardinilla was established in Panama in 2001, with 22 plots that form a gradient in native tree species richness of one‐, two‐, three‐ and five‐species communities. Using annual data describing tree diameters and heights, we calculated basal area increment as the proxy of tree productivity. We combined tree neighbourhood‐ and community‐level analyses and tested the effects of both species diversity and structural diversity on productivity and its temporal stability. General patterns were consistent across both scales indicating that tree–tree interactions in neighbourhoods drive observed diversity effects. From 2006 to 2016, mean overyielding (higher productivity in mixtures than in monocultures) was 25%–30% in two‐ and three‐species mixtures and 50% in five‐species stands. Tree neighbourhood diversity enhanced community productivity but the effect of species diversity was stronger and increased over time, whereas the effect of structural diversity declined. Temporal stability of community productivity increased with species diversity via two principle mechanisms: asynchronous responses of species to environmental variability and overyielding. Overyielding in mixtures was highest during a strong El Niño‐related drought. Overall, positive diversity–productivity and diversity–stability relationships predominated, with the highest productivity and stability at the highest levels of diversity. These results provide new insights into mixing effects in diverse, tropical plantations and highlight the importance of analyses of temporal dynamics for our understanding of the complex relationships between diversity, productivity and stability. Under climate change, mixed‐species forests may provide both high levels and high stability of production.     

Relationships between species diversity or community structure and productivity of woody-plants in a broad-leaved Korean pine forest in Jiaohe,Jilin, China

Aims Based on the dataset of a broad-leaved Korean pine forest in Jiaohe, Jilin Province, this research compared the influences of species diversity and community structure on productivity. We aim to explain the relationship between diversity and productivity for better forest management. Methods We used the data of 10 973 woody-plants in a 11.76 hm² large sample plot and analyzed the correlations between 7 different indices of species diversity or community structure and productivity. Structural equation model was used to compare the effects of species diversity and community structure on productivity. Important findings The results showed that: (1) Both species diversity and community structure had significant effects on productivity when they were considered separately in linear regression analysis, i.e. species evenness was negatively correlated with productivity, the Shannon index of community structure was positively correlated with productivity and the Gini index was negatively correlated with productivity. (2) In the structural equation model, when simultaneously considered, community structure had stronger influence on productivity than species diversity. Our research suggests that, the effects of community structure on productivity are greater than species diversity and it is important to increase community structure complexity to improve forest productivity during forest management.     

A review on the relationships between plant genetic diversity and ecosystem functioning

全球变化和人类活动导致物种生境的萎缩, 造成很多植物种群数量缩减, 遗传多样性快速丧失。对于物种多样性低的生态系统, 优势种的遗传多样性可能比物种多样性对生态系统功能产生更大的影响。因此, 了解遗传多样性和生态系统功能的关系(GD-EF)及其机制对生物多样性保护、应对环境变化和生态修复具有指导意义。该文综述了植物遗传多样性对生态系统结构(高营养级生物群落结构)和生态系统功能(初级生产力、养分循环和稳定性)的影响及机制、功能多样性对GD-EF的影响、遗传多样性效应和物种多样性效应的比较, 以及GD-EF在生态修复等实际应用的研究进展。最后指出当前研究的不足之处, 以期为后续研究提供参考: 1)还需深入研究GD-EF机制; 2)未评估遗传多样性对生态系统多功能性的影响; 3)不同遗传多样性测度对生态系统功能的影响不明确; 4)缺少长期的和多空间尺度结合的GD-EF实验; 5)遗传多样性效应相对于其他因子的作用不清楚。     

植物遗传多样性与生态系统功能关系的研究进展

全球变化和人类活动导致物种生境的萎缩, 造成很多植物种群数量缩减, 遗传多样性快速丧失。对于物种多样性低的生态系统, 优势种的遗传多样性可能比物种多样性对生态系统功能产生更大的影响。因此, 了解遗传多样性和生态系统功能的关系(GD-EF)及其机制对生物多样性保护、应对环境变化和生态修复具有指导意义。该文综述了植物遗传多样性对生态系统结构(高营养级生物群落结构)和生态系统功能(初级生产力、养分循环和稳定性)的影响及机制、功能多样性对GD-EF的影响、遗传多样性效应和物种多样性效应的比较, 以及GD-EF在生态修复等实际应用的研究进展。最后指出当前研究的不足之处, 以期为后续研究提供参考: 1)还需深入研究GD-EF机制; 2)未评估遗传多样性对生态系统多功能性的影响; 3)不同遗传多样性测度对生态系统功能的影响不明确; 4)缺少长期的和多空间尺度结合的GD-EF实验; 5)遗传多样性效应相对于其他因子的作用不清楚。     

Greater than the sum of the parts: how the species composition in different forest strata influence ecosystem function

The mechanisms underpinning forest biodiversity‐ecosystem function relationships remain unresolved. Yet, in heterogeneous forests, ecosystem function of different strata could be associated with traits or evolutionary relationships differently. Here, we integrate phylogenies and traits to evaluate the effects of elevational diversity on above‐ground biomass across forest strata and spatial scales. Community‐weighted means of height and leaf phosphorous concentration and functional diversity in specific leaf area exhibited positive correlations with tree biomass, suggesting that both positive selection effects and complementarity occur. However, high shrub biomass is associated with greater dissimilarity in seed mass and multidimensional trait space, while species richness or phylogenetic diversity is the most important predictor for herbaceous biomass, indicating that species complementarity is especially important for understory function. The strength of diversity‐biomass relationships increases at larger spatial scales. We conclude that strata‐ and scale‐ dependent assessments of community structure and function are needed to fully understand how biodiversity influences ecosystem function.