生物多样性与生态系统多功能性: 进展与展望

全球变化和人类活动引起的生物多样性丧失将会对生态系统功能产生诸多不利影响, 如生产力下降、养分循环失衡等。因此, 始于20世纪90年代的生物多样性与生态系统功能(biodiversity and ecosystem functioning, BEF)研究一直是生态学界关注的热点。然而, 随着研究的深入, 人们逐步认识到生态系统并非仅仅提供单个生态系统功能, 而是能同时提供多个功能, 这一特性被称之为“生态系统多功能性” (ecosystem multifunctionality, EMF)。尽管有此认识, 但直到2007年, 研究者才开始定量描述生物多样性与生态系统多功能性(biodiversity and ecosystem multifunctionality, BEMF)的关系。目前, BEMF研究已成为生态学研究的一个重要议题, 但仍存在很多问题和争议, 如缺少公认的多功能性测度标准、生态系统不同功能之间的权衡问题等。本文概述了BEMF研究的发展历程、常用的量化方法、EMF的维持机制和不同研究视角下BEMF的关系。针对现有研究中的不足, 本文还总结了需要进一步深入研究的地方, 特别强调了优化EMF测度方法和研究不同维度生物多样性与EMF间关系的重要性, 以期对未来的BEMF研究有所帮助。     

云南干热河谷植被与环境研究进展

特殊的地理位置和独特的地形地貌特征组合形成了典型的干热气候环境, 在云南省亚热带高原山地河谷下部发育了一类特有的植被类型, 即干热河谷植被。干热河谷植被具有非地带性和稀有性, 以及由土地利用变化为主的人为活动干扰导致的脆弱性。本文回顾了干热河谷植被的研究历史, 分别从干热河谷的植物群落学和植物区系学、干热河谷植被与土地的关系以及干热河谷植被保护与恢复三个方面进行了总结。植物群落与区系研究主要集中于群落分类、植被分类、群落特征、人为干扰影响、区系特征、性质和起源; 植被与土地关系研究侧重于土壤特性、土地利用/覆盖变化、土地退化及水土流失状况; 植被保护与恢复的热点在植被恢复目标、植被恢复功能区划、植被恢复引种及筛选及植被恢复效益评价研究。未来在这些区域应注重自然灾害及预防、水电工程建设对植被的影响及其响应等方面的研究, 深入开展大尺度植被时空格局的监测和动态服务功能分析。     

雅砻江和大渡河干旱河谷植被物种多样性比较:气候、地形与空间的影响

干旱河谷植被是我国西南横断山区的一类特殊的隐域性生态系统, 影响不同河谷之间植物群落差异的因素与作用大小尚不清楚。本研究调查了四川省雅砻江和大渡河流域干旱河谷段植被组成, 并比较了两个地区在植物多样性上的差别。结果表明: (1)影响两个地区植被类型的主要因素不同, 雅砻江干旱河谷植被主要受海拔和地形(坡度和坡向)影响, 大渡河干旱河谷植被主要受年平均降水量影响。(2)雅砻江和大渡河干旱河谷植物物种丰富度均随着年均温升高而降低。(3)坡向由北至南, 雅砻江干旱河谷灌木、草本物种丰富度减小, 而大渡河干旱河谷灌木、草本丰富度增加。(4)坡度越大, 雅砻江和大渡河干旱河谷灌木的丰富度越高。(5)雅砻江、大渡河干旱河谷植物β多样性受环境距离影响大, 受地理距离影响小。两条江植被间地理隔离效应约为地理距离产生差异的5倍。本研究弥补了干旱河谷研究中对于雅砻江和大渡河干旱河谷植物多样性研究的空白, 为相关区域植被保护提供了参考信息, 同时还为定量估计地理隔离效应对区域间生物多样性差异的影响提供了可行方法。     

生态系统多功能性的测度方法

生物多样性与生态系统多功能性(biodiversity and ecosystem multifunctionality, BEMF)之间的关系是目前生态学研究的一个热点, 其中, 生态系统多功能性(EMF)的测度方法是研究该问题的技术关键。由于缺乏统一的认识, 目前存在多个多功能性的测度方法, 这使人们对生物多样性与生态系统多功能性之间关系的理解复杂化。本文介绍了国际上常用的单功能法、功能-物种替代法、平均值法、单阈值法、多阈值法、直系同源基因法和多元模型法的原理及其特点, 并对其中较难理解的多阈值法进行了举例说明, 希望能对理解EMF的测度方法有所帮助。本文按不同的EMF测度方法对已发表的有关文章进行了归类, 以期帮助读者更好地选择EMF的测度方法。由于缺乏相对统一的、代表各个层次的生态系统功能的测度方法, 导致不同的研究结果难以相互比较, 严重限制了生物多样性与生态系统多功能性研究的发展; 所以, 研发新的、具有普遍适用性的EMF测度方法已成为当务之急。     

基于年降水、生长季降水和生长季蒸散的高寒草地水分利用效率

水分利用效率是深入理解生态系统碳、水循环间耦合关系的重要指标。以前研究青藏高原的水分利用效率多基于年降水量(AP)来分析, 但植物对水分的利用主要在生长季。该研究采用以AP、生长季降水量(GSP)和生长季蒸散量(ET_gs)分别计算的年降水利用效率(PUE_a)、生长季降水利用效率(PUE_gs)和生长季水分利用效率(WUE_gs), 分析了2000-2010年间青藏高原两种主要植被类型高寒草甸和高寒草原PUE_a、PUE_gs和WUE_gs的差异及其与降水量、蒸散量和气温的关系。结果表明: (1)高寒草甸的PUE_a、PUE_gs均大于高寒草原, 但两种草地类型的WUE_gs无显著差别, 这说明两种草地类型可能存在相似的内在的水分利用效率。(2)从年际动态来看, PUE_a和PUE_gs的波动范围相似, 而WUE_gs的波动范围更大, 说明以蒸散为依据的WUE_gs可能比PUE_a和PUE_gs更敏感, 因而可能更好地反映生态系统的水分利用能力。(3)高寒草甸和高寒草原的PUE_a、PUE_gs和WUE_gs分别与AP、GSP和ET_gs呈单调递减趋势, 表明3种水分利用效率均随降水量或蒸散量的增加而降低。高寒草原的3种水分利用效率中仅WUE_gs随着气温的增加而增加, 而高寒草甸的3种水分利用效率均与气温无显著关系, 这说明相比高寒草甸, 高寒草原的水分利用效率对气温更加敏感。     

我国温带山地森林48种常见树种叶片重量-出叶强度的关系

叶片是植物的主要光合器官, 其质量与数量的权衡关系体现植物对环境的适应策略。在全球气候变化的背景下, 研究叶片质量与数量关系有助于理解植物对环境变化的响应趋势。该研究应用标准化主轴回归方法, 探讨了我国温带山地森林中48个常见树种的单叶干重与出叶强度的权衡关系。结果表明, 所有物种以及落叶阔叶林、常绿和落叶阔叶树种、单叶以及亚冠层阔叶树种的单叶干重与出叶强度表现为异速生长关系; 针叶林、针阔混交林、常绿及落叶针叶树种、复叶以及冠层阔叶树种则表现为等速生长关系。研究结果表明, 叶大小和出叶强度并无恒定的权衡关系。     

青藏高原高寒草地地下生物多样性: 进展、问题与展望

栖息于土壤中的微生物和微型动物种类繁多、数量巨大, 在对地上生物多样性的调控和在生态系统功能与服务的维系中, 具有举足轻重的作用。虽然对土壤微生物以及土壤动物已经开展了广泛的调查, 但是整体上对于地下生物多样性的分布格局、驱动机制及其对全球变化的响应与适应过程, 仍缺乏深刻的认识。青藏高原是全球变化的敏感区域, 其中高寒草地是高原最主要的植被类型, 占高原面积的60%左右, 在高寒生态系统生物多样性维持中具有重要意义。近年来, 已有大量研究关注于高寒草地地下生物多样性, 但是缺乏系统的总结与论述。基于此, 本文从细菌、真菌、古菌、线虫、节肢动物五大土壤生物类群出发, 阐述了青藏高原高寒草地的地下物种丰富度、分布格局及其影响因素, 重点探讨了它们对气候变化和人类活动的响应, 并就未来高寒草地地下生物多样性亟需关注的关键问题进行了展望, 包括: (1)地下各个生物类群的分布格局、各类群之间的联系及驱动机制; (2)地上与地下生物多样性耦联的机制; (3)地下生物多样性对生态系统功能和健康的影响; (4)地下生物多样性的调控实验研究。     

中国温带草地土壤硫的分布特征及其与环境因子的关系

以内蒙古和青藏高原的6种主要草地类型为研究对象,分析了不同类型草地表层土壤硫(S)的分布特征及其与环境因子的关系。结果表明:1)青藏高原草原表层土壤(0—10 cm)的全硫含量(430.8 mg/kg)显著高于内蒙古草原(181.4 mg/kg;P0.01)。土壤硫素一般以有机硫的形式存在,具有植物有效性的土壤无机硫所占比例较少,内蒙古土壤这一比例为14.7%,青藏高原为24.5%。2)土壤硫的含量与土壤C、N的分布格局关系紧密,呈显著正相关关系;与土壤p H呈负相关关系。内蒙古与青藏高原研究区土壤的C/S和N/S值较低,这表明硫可能成为对草原生产力起限制性作用的营养元素。3)内蒙古草原表层土壤全硫、水溶性硫、吸附性硫均与年均温呈显著负相关(P0.05);土壤硫与年均降水呈显著正相关关系(P0.05)。青藏高原草地土壤硫中,除水溶性硫与年均降水呈显著正相关关系外,其余土壤硫含量均未与气候因子呈现显著相关关系。     

生态化学计量学:探索从个体到生态系统的统一化理论

<正>从1909年丹麦哥本哈根大学Johannes Warming(1841-1924)出版第一本生态学教科书《植物生态学》到现在,生态学经历了100年的发展。作为研究     

面积、温度及分布区限制对物种丰富度海拔格局的影响: 以秦岭太白山为例

 物种丰富度的分布格局及其形成机制是生态学研究的热点。以往的研究主要描述丰富度的格局, 而对其形成机制研究较少, 且主要集中于探讨单个因子或过程的影响。物种丰富度同时受到多个因子和过程的综合作用, 面积、温度及物种分布区限制被认为是控制山地物种丰富度海拔格局的主要因素, 三者同时沿海拔梯度而变化, 同时作用于丰富度的海拔格局。幂函数种-面积关系(SAR)、生态学代谢理论(MTE)及中域效应假说(MDE)分别基于以上3个因素, 从机制上解释了物种丰富度 的海拔格局。探讨这些假说的相对影响对研究物种丰富度的大尺度格局及其形成机制具有重要意义。方差分离方法有利于分解不同因素的影响, 为此, 该文以秦岭太白山的植物物种丰富度为例, 采用方差分离和逐步回归方法, 分析了SAR、MTE及MDE对物种丰富度海拔格局的影响。结果表明, 太白山的植物物种丰富度沿海拔梯度呈单峰分布格局, 但丰富度峰值存在类群差异; 对太白山所有植物物种丰富度的垂直格局而言, SAR、MTE及MDE分别解释了其物种丰富度随海拔变化的66.4%、19.8%和37.9%, 共同解释了84.6%, 在消除其他因素的影响后, SAR和MTE的独立影响较高(分别为25.5%和17.7%), 而MDE的独立影响不显著; 分类群研究则发现, 苔藓植物丰富度的海拔格局主要受MDE的影响, 蕨类植物丰富度的海拔格局同时受到SAR、MTE以及MDE的影响, 而种子植物物种丰富度的海拔格局主要受SAR和MTE影响。