高寒草甸不同草地群落物种多样性与生产力关系研究

生态系统的结构和功能、生物多样性与生产力的关系问题是近年来群落生态学中研究的中心问题,其中,生态系统生产力水平是其功能的重要表现形式,用4种不同草地类型探讨自然群落的物种多样性与生产力关系.结果表明,矮嵩草草甸、小嵩草草甸和金露梅灌丛群落中物种多样性与生产力的关系呈线性增加关系,藏嵩草沼泽化草甸群落中线性增加关系不显著,这表明群落生产力除受物种多样性的影响外,也受物种本身特征和环境资源的影响.不同的环境资源和环境异质性是形成群落结构特征、物种多样性分布格局差异的主要原因之一.     

植物种多样性对生态系统功能的影响

采用8种1年生植物,利用室外盆栽方法构建的植物群落对物种多样性与群落生产力、杂草入侵性之间的关系及其潜在的作用机理进行了研究.结果表明,各物种单播时其生产力和抗杂草入侵能力都有较大差异.物种多样性与群落生产力之间不存在线性关系,而呈现单峰格局关系,即在一定范围内(本研究为4种),物种多样性对生产力增加有促进作用,超过该范围,物种多样性增加,群落生产力不再增加.但群落生产力和物种多样性均与杂草入侵量之间呈显著负相关关系.相对产量总和(RYT)分析表明,资源互补效应是本研究中所观察到的多样性-生产力、多样性-入侵性及生产力-入侵性关系的主要作用机理.     

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     

高寒草甸不同草地类型功能群多样性及组成对植物群落生产力的影响

对不同类型草地功能群多样性和组成与植物群落生产力之间的关系进行了探讨。结果表明：(1)在矮嵩草(Kobresia humlis)草甸和金露梅(Potentilla froticosa)灌丛中,豆科植物的作用比较明显,而其他功能群植物的作用较弱。(2)在藏嵩草(Kobresia tibetica)沼泽化草甸和小嵩草(K．pygmaca)草甸中,虽然杂类草、C3植物和莎草科植物功能群的生产力占群落初级生产力的比例较大,但二者在统计上没有显著性差异,这表明群落生产力除受物种多样性的影响外,也受物种本身特征和环境资源的影响,更主要的是受到功能群内物种密度和均匀度的影响,即功能群组成比功能群多样性更能说明对生态系统过程的影响。(3)不同类型草地群落植物功能群盖度与群落初级生产力呈显著的线性相关。(4)不同类型草地群落生产力与功能群内物种数的变化均表现为单峰曲线关系,即功能群内物种数处于中间水平时,群落生产力最高。     

刈割、施肥对高寒草甸物种多样性与生态系统功能关系的影响及群落稳定性机制

植物群落中不同“功能身份”物种的多样性与特定生态系统功能之间具有何种关系及其作用机制尚不明确。通过在高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期5年的刈割(不刈割、留茬3 cm、留茬1 cm)、施肥(施肥、不施肥)和浇水(浇水、不浇水)控制实验, 研究了刈割与土壤资源获得性梯度上不同“功能身份”物种(群落中所有物种、响应物种、作用物种和共有物种)的多样性变化与群落地上净初级生产力和稳定性的关系以及稳定性机制。研究结果显示: 群落中响应物种、作用物种和共有物种数分别占全部物种数的36.6%、18.3%和64.8%, 物种多样性对生态系统功能具有不同的效应, 净初级生产力主要受响应物种和作用物种的多样性变化影响, 而稳定性则主要由共有物种的多样性变化决定; 群落稳定性的维持主要依赖于共有物种的多样性增加, 其作用机制是投资组合效应, 而超产效应和异步性效应对稳定性并无作用; 刈割和施肥对物种多样性、稳定性和净初级生产力具有相反的影响, 前者能增加物种多样性和稳定性, 并降低净初级生产力, 而后者的作用正相反。这与群落中全部物种的多样性变化受刈割影响较大, 而作用物种的多样性变化受资源获得性影响较大有关。上述结果表明高寒草甸生态系统地上净初级生产力主要由少数影响生产力的作用物种的多样性决定, 而稳定性则由大量共有物种的多样性所掌控。投资组合效应是物种多样性导致稳定性的机制。由于群落中不同物种的多样性效应具有分异性, 对于特定的生态系统功能而言, 物种的“功能身份”可能比物种多样性本身更重要, 不加区别地笼统定义物种多样性与生态系统功能的关系可能欠妥。     

Resource enrichment combined with biomass removal maintains plant diversity and community stability in a long-term grazed grassland

长期重度放牧通过加剧水氮限制减少植物多样性与生态系统功能。相反,缺乏放牧干扰(生物量移除)会通过增加光竞争减少物种多样性,从而弱化生态系统稳定性,而这一过程会由于资源富集而加剧。因此,如何维持物种多样性和群落稳定性仍然是世界草原可持续管理的一大挑战。在本研究中,我们在中国内蒙古3个放牧强度的长期实验样地设置了为期4年的控制实验,来探究结合资源添加与生物量移除(同时增加水、氮和光的有效性)对物种丰富度与群落稳定性的影响。研究结果表明,在4年资源添加结合生物量移除处理下,群落初级 生产力增加,同时物种丰富度与群落稳定性能够维持。在物种与功能群水平上,地上生产力能够保持时间稳定性。物种丰富度维持的主要 原因是：在资源富集的情况下,生物量移除能够增加光的有效性。物种异步性与功能群稳定性有助于群落稳定性维持。我们的研究结果表 明,资源添加与生物量移除结合的管理方式,不仅能够增加草地初级生产力,而且能维持其物种多样性、异步性与群落稳定性。在世界范 围内,长期放牧导致的草原退化与资源富集引起的其生物多样性丧失仍将是人类面临的主要生态问题,我们的研究结果对于半干旱草原以 及其它草原的适应性管理具有重要的意义。     

生产力、可靠度与物种多样性:微宇宙实验研究

近年来,生物多样性与生态系统功能的关系成为生态领域内一个重大科学问题。有一些实验研究表明,物种多样性的降低会使生态系统的生产力、稳定性等功能受损,然而对这些实验结果的解释却产生了激烈的争论,因为有两种机制-“生态位互补”和“抽样效应”都可能会产生这种结果。本项研究通过微宇宙实验探讨了物种多样性与生态系统生产力及其可靠度的关系。在10种单细胞藻类中随机抽取物种,构建具有不同物种丰富度的水生群落,并使同一物种丰富度水平的群落之间没有物种交叉,然后检测物种丰富度对群落生产力及其可靠度的作用,群落生产力以藻类干重表示,自实验开始后第4周起,每周测定1次,共测5次。结果显示：物种丰富度对群落生产力有正效应,并且这种正效应随时间推移而增强;许多混合群落的生产力超过了该群落内所有物种的单产,即发生了超产现象,在实验初期某些特定物种对一些混合群落生产力有主要贡献,而在实验后期却没有任何多物种群落的生产力受个别物种存在与否的影响,群落生产力的可靠度与物种丰富度之间不存在显著相关。从以上结果可以得知：物种多样性对群落生产力有着逐渐增强的正效应;物种多样性对生产力的正效应是生态位互补和抽样效应共同作用的结果,但随时间推移,抽取效应逐渐减弱,本顶研究支持了关于生态位互补与抽样效应在多样性正效应中共同起作用的认识,并说明了这两种机制的相对重要性随时间推移而发生改变。     

氮素添加对科尔沁沙质草地物种多样性和生产力的影响

物种多样性和生产力是生态系统结构和功能的重要指标.以科尔沁沙质草地为对象,通过对其进行不同梯度的氮素添加处理,研究氮素添加对沙质草地生态系统物种组成、物种多样性和生产力的影响.结果表明：氮素添加改变了群落物种组成和群落中的优势种,使植被的高度和盖度增加,植被的透光率减小;随着氮素水平的增加,群落中物种丰富度减小,物种多样性降低;不同水平的氮素添加均显著增加了(P<0.01)群落地上生物量;物种丰富度与植被透光率呈线性正相关(P<0.01),与植被盖度呈线性负相关关系(P<0.01),说明长期的氮沉降与人为氮素输入将影响沙地生态系统的物种组成、物种多样性以及生产力.     

物种多样性和功能群多样性与生态系统生产力的关系——以内蒙古短花针茅草原为例

生物多样性与生态系统生产力之间的关系是当前生态学领域的热点问题。短花针茅(Stipa breviflora)草原是内蒙古荒漠草原的主要类型, 生态系统脆弱, 气候波动剧烈, 研究内蒙古短花针茅草原生物多样性与生产力的关系具有十分重要的意义。该研究在内蒙古短花针茅草原区设置了202个样地进行群落调查, 在干旱区及半干旱区两种资源供给下, 分析了物种丰富度、功能群丰富度与生产力的关系, 旨在解决两个科学问题: 1)物种多样性和功能群多样性中, 哪一种与生产力关系更为密切?2)资源供给对多样性和生产力关系的影响。结果表明: 1)物种丰富度、群落生产力与年降水量呈正相关关系, 而功能群丰富度与年降水量之间不存在显著相关性; 2)群落生产力随物种丰富度的增加而增加, 且两者间呈正线性关系, 功能群丰富度与生产力之间不存在显著相关关系; 3)资源供给会影响多样性与生产力之间的关系, 资源供给低时, 多样性对生产力贡献较低, 资源供给高时, 多样性对生产力的贡献较高。该研究丰富了多样性与生产力关系的研究, 同时, 考虑到植物功能性状的研究在近几年受到生态学家的重视, 且多数研究集中于小尺度的人工控制实验, 因此, 在大尺度自然生态系统中开展功能性状多样性与生态系统功能关系的研究将十分必要。     

土壤微生物多样性海拔格局研究进展

生物多样性的海拔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。相比动植物多样性海拔分布格局,土壤微生物多样性海拔分布格局的研究还处在起步阶段。近年来,随着以罗氏454、Illumina Mi Seq等为代表的高通量测序平台的发展,土壤微生物海拔梯度分布格局的研究进展较快。对土壤微生物多样性海拔分布格局最新研究综述发现,土壤微生物海拔分布模式并不明确,表现为无趋势、下降、单峰或者下凹型等多种海拔分布模式。这与大型动植物并不相同,暗示其驱动机制可能存在一定的差异。微生物由于其个体微小、扩散能力强以及较高的多样性和个体丰度而在局域尺度上可能更易受到气候环境因素的影响。土壤pH、碳、氮等因子是影响微生物多样性和群落组成在海拔梯度上变异的重要因素。此外,温度和降水也具有重要作用。另外,除微生物自身属性以及取样限制外,测序深度可能是影响土壤微生物物种丰富度海拔分布格局的重要因素。目前,对土壤微生物群落的研究在功能基因、群落构建机制以及生态学理论的验证方面还存在着不足。未来的研究应进一步加大测序深度,增加取样密度,着重关注全球气候变化及生物多样性丧失背景下土壤微生物群落的构建和维持机制及其生态系统功能等方面。     

植物功能多样性与功能群研究进展

综述了植物功能多样性与功能群研究的最新进展。介绍了植物功能群的定义及植物功能群的划分方法。在功能多样性与生态系统资源动态关系方面．抽样效应和生态位互补效应用来解释植物多样性在生态系统资源动态中的作用。功能多样性与生态系统的稳定性间的关系可以用生态冗余或生态保险概念来解释,这两个概念是一个问题的两个侧面,是多样性与生态系统功能争论的焦点。     

Linking biodiversity to ecosystem function: implications for conservation ecology

We evaluate the empirical and theoretical support for the hypothesis that a large proportion of native species richness is required to maximize ecosystem stability and sustain function. This assessment is important for conservation strategies because sustenance of ecosystem functions has been used as an argument for the conservation of species. If ecosystem functions are sustained at relatively low species richness, then arguing for the conservation of ecosystem function, no matter how important in its own right, does not strongly argue for the conservation of species. Additionally, for this to be a strong conservation argument the link between species diversity and ecosystem functions of value to the human community must be clear. We review the empirical literature to quantify the support for two hypotheses: (1) species richness is positively correlated with ecosystem function, and (2) ecosystem functions do not saturate at low species richness relative to the observed or experimental diversity. Few empirical studies demonstrate improved function at high levels of species richness. Second, we analyze recent theoretical models in order to estimate the level of species richness required to maintain ecosystem function. Again we find that, within a single trophic level, most mathematical models predict saturation of ecosystem function at a low proportion of local species richness. We also analyze a theoretical model linking species number to ecosystem stability. This model predicts that species richness beyond the first few species does not typically increase ecosystem stability. One reason that high species richness may not contribute significantly to function or stability is that most communities are characterized by strong dominance such that a few species provide the vast majority of the community biomass. Rapid turnover of species may rescue the concept that diversity leads to maximum function and stability. The role of turnover in ecosystem function and stability has not been investigated. Despite the recent rush to embrace the linkage between biodiversity and ecosystem function, we find little support for the hypothesis that there is a strong dependence of ecosystem function on the full complement of diversity within sites. Given this observation, the conservation community should take a cautious view of endorsing this linkage as a model to promote conservation goals. Received: 2 September 1999 / Accepted: 26 October 1999     

种、种的多样性及退化生态系统功能的恢复和维持研究

物种多样性是生态系统的重要特征并维持系统的功能支行,生物种和不同种类构成的群落为人类提供诸如营养物质循环、生物生产力、营养功能等形式的重要生态服务,特种多样性与生态系统抵御逆境和干扰的能力紧密相关,多样性的提高会增加系统的稳定性,与单个种和种类的数量相比,功能群和功能多样性对生态系统功能的影响效应要大得多,且易于被用来测度稳定性和预测群落变化,本文提出并探讨了种对生态系统功能作用的几种形式,理解物种多样性与生态系统的功能关系能指导退化生态系统恢复和维持其功能的实践活动,尤其为恢复的初始阶段进行群落的“种类组装”提供生态理论基础。     

自然保护区在保护生物多样性中的作用和意义

本文从理论上论述了自然保护区在生物多样性保护中的重要作用,并指出建立自然保护区是保护生物多样性的最有效措施。1.在自然保护区里,基本的生态过程和生命系统得以维持;2.自然保护区提供了物种生存和进化的场所;3.在自然保护区里,不仅能保护生存其中的已知物种;而且能保护所有的未知物种;4.在自然保护区里?能够保护足够大的种群和完整的种群结构;5.自然保护区的试验区是进行生态、遗传和进化等学科研究的理想基地。 基于野外调查的资料,本文分析了云南所建立的自然保护区在保护国家重点保护植物中的作用。云南分布有154种国家第一批重点保护植物。130余种分布于在各自然保护区中而得到了保护;第二批国家重点保护植物中的192种分布于云南,其中104种分布于各自然保护区中而得到了保护。 本文还对云南自然保护区的现状和管理状况进行了分析,指出了加强对自然保护区管理的迫切性。     

Interactive effects of species richness and species traits on functional diversity and redundancy

The importance of species diversity for ecosystem function has emerged as a key question for conservation biology. Recently, there has been a shift from examining the role of species richness in isolation towards understanding how species interact to effect ecosystem function. Here, we briefly review theoretical predictions regarding species contributions to functional diversity and redundancy and further use simulated data to test combined effects of species richness, number of functional traits, and species differences within these traits on unique species contributions to functional diversity and redundancy, as well as on the overall functional diversity and redundancy within species assemblages. Our results highlighted that species richness and species functional attributes interact in their effects on functional diversity. Moreover, our simulations suggested that functional differences among species have limited effects on the proportion of redundancy of species contributions as well as on the overall redundancy within species assemblages, but that redundancy rather was determined by number of traits and species richness. Our simulations finally indicated scale dependence in the relative effects of species richness and functional attributes, which suggest that the relative influence of these factors may affect individual contributions differently compared to the overall ecosystem function of species assemblages. We suggest that studies on the relationship between biological diversity and ecosystem function will benefit from focusing on multiple processes and ecological interactions, and that the relative functional attributes of species will have pivotal roles for the ecosystem function of a given species assembly.     

植物多样性与生态系统土壤保持功能关系及其生态学意义

测定物种丰富度呈梯度变化的半湿润常绿阔叶林不同次生演替阶段小区地表径流、土壤侵蚀和总磷流失及影响这些过程的植物群落郁闭度、个体密度、胸高断面积、植物叶吸附水,分析物种多样性与生态系统土壤保持功能、稳定性及直接影响土壤保持功能的群落结构、树冠截留间的关系。结果表明,在降雨、坡度、坡向、坡位、土壤类型等水土保持影响因子相同条件下,随着各小区物种多样性的增加,地表产流次数不断下降;在3个降雨季节,物种多样性最低的小区产生地表径流77次,而物种多样性最高小区产生地表径流才9次;系列小区地表径流、土壤侵蚀和总磷流失随着物种多样性增加呈幂指数下降;物种多样性最低的小区地表径流、土壤侵蚀和总磷流失分别为960.20 m³·hm^-2·a^-1,11.4 t·hm^-2·a^-1,127.69 kg·hm^-2·a^-1,而物种多样性最高的小区为75.55 m³·hm^-2·a^-1、0.28 t·hm^-2·a^-1、4.71 kg·hm^-2·a^-1,分别相差12、50和25倍;地表径流、土壤侵蚀和总磷流失变异系数也呈幂指数下降,物种多样性最高的小区地表径流、土壤侵蚀和总磷流失的变异系数分别为57.93、187.94和 59.2,而物种多样性最低的小区变异系数高达287.6、534.21、315.47,分别相差4、3和5倍。物种多样性与影响土壤保持功能的群落郁闭度、密度和胸高断面积呈正相关关系。不同演替阶段植物叶吸附水量差异显著,吸附水量最高的演替阶段是次生半湿润常绿阔叶林,为12.28 t·hm^-2·a^-1, 最低是云南松(Pinus yunnanensis)林, 为4.15 t·hm^-2·a^-1。“植物多样性-土壤保持功能相关群落结构因子及树冠截留效应-生态系统土壤保持功能”的耦合关系表明了植物多样性通过植物群落结构削弱了降雨动能,减少了地表径流,减轻了土壤及营养元素的流失,以间接方式调控生态系统土壤保持功能,维持系统营养的持续性,在不同尺度上实现生态系统生产力。物种多样性的提高,促进了生态系统土壤保持功能的稳定性。植物多样性-生态系统土壤保持过程的研究可能是生态系统稳定性研究的好方法。用植物叶吸附水测定可评价群落树冠截留效应。由于植物多样性与生态系统土壤保持功能间存在相关关系,基于植物多样性对生态系统土壤保持功能作用模式,可增进对生命系统和地球系统界面间相互作用关系的了解。     

Species and genotype diversity drive community and ecosystem properties in experimental microcosms

Species diversity is important to ecosystems because of the increased probability of including species that are strong interactors and/or because multiple-species communities are more efficient at using resources due to synergisms and resource partitioning. Genetic diversity also contributes to ecosystem function through effects on primary productivity, community structure and resilience, and modulating energy and nutrient fluxes. Lacking are studies investigating the relationship between ecosystem function and diversity where hierarchical levels of biological diversity are systematically varied during experimentation. In this experiment, we manipulated both species and genotypic diversity of two Daphnia species in microcosms initially seeded with Chlamydomonas and measured community- and ecosystem-level properties to determine which level of diversity was most important for explaining variation in the property. Our results show that species diversity alters bacterial community composition while high genotypic diversity reduces bacterial richness and primary productivity. In addition, the highest levels of genotypic and species richness appear to increase community and ecosystem stability. These findings reveal that species and genotypic diversity are significant drivers of community and ecosystem properties and stability.     

高寒草甸群落植物多样性和初级生产力沿海拔梯度变化的研究

 对不同海拔梯度高寒草甸群落植物多样性和初级生产力关系的研究结果表明：1）不同海拔梯度上,中间海拔梯度群落植物多样性最高,即物种丰富度、均匀度和多样性最大;2）不同海拔梯度上,群落生产力水平和物种丰富度中等时,物种多样性最高;3）随着海拔的逐渐升高,地上生物量逐渐减少;4）地下生物量具有“V”字形季节变化规律,在牧草返青期和枯黄期地下生物量最大,7月最小,且地下生物量主要分布在0～10 cm的土层中。地下生物量垂直分布呈明显的倒金字塔特征。     

基于功能性状的生态系统服务研究框架

功能性状通过影响生态系统的属性和过程及其维持来影响生态系统服务。功能多样性-生态系统功能关系的研究有助于深入探讨生态系统服务形成机制, 也为生态系统服务研究提供了一个切入点。该文对目前的功能性状和生态系统服务研究框架进行了介绍, 回顾了功能多样性-生态系统功能关系的研究现状, 总结了目前功能性状在生态系统服务研究中的应用, 提出了基于功能性状的生态系统服务研究框架。在这个研究框架中, 首先选取对生态系统功能影响显著的非生物因子和功能多样性指数, 然后量化非生物因子和功能多样性与生态系统功能, 以及生态系统功能-生态系统服务之间的关系, 进而构建功能多样性与生态系统服务的数量关系。与此同时, 利用群落构建理论和物种共存机制分析功能多样性-生态系统功能变化的机制联系, 以研究生态系统服务形成和变化机制, 为生态系统服务管理决策提供科学依据。