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。     

生物多样性与生态系统功能关系研究进展

生物多样性和生态系统功能关系的研究,是生态学和环境学的一个中心论题。围绕这一主题,首先介绍了生物多样性及生态系统功能的含义;其次,一方面历史地回顾了生物多样性与生态系统功能关系的研究,另一方面结合近20年间的研究及实验,分别从多样性与生产力、多样性与稳定性、多样性与生态系统可持续性3个方面系统地阐述了二者关系研究的主要论点;最后,对其今后面临的挑战及发展趋势进行了展望。     

生物多样性-生产力关系研究进展——基于文献计量分析

生态系统的结构和功能是生态学研究的核心内容。早期基于野外调查的生态学研究强调生产力表征的环境梯度对生态系统结构的影响,而基于控制试验的生态学研究则强调生态系统结构变化对生态系统功能的影响。围绕这两类研究所支持理论间的争论是当前生态学的前沿、热点和难点,其中最具代表性的科学问题是生物多样性与以生产力为代表的生态系统功能间是否存在一般性关系。为深入了解生物多样性-生产力关系研究脉络,分析其对生态学研究范式与理论发展的影响以及对未来研究方向的启示,以Web of Science核心合集数据库中的相关文献为数据源,结合文献计量分析和文献综述,系统总结了多样性-生产力关系研究进展。结果表明：(1)生物多样性-生产力关系研究推动了生态学研究范式由以样带调查为主的观察性研究向以控制试验为主的实验性研究的转变,促进了全球联网控制试验研究的发展。(2)研究聚焦的生态系统类型由最初的北美普列利草原逐渐向其它草地、灌丛、森林等多样的生态系统过渡,研究结论及其生态学理论的普适性逐渐增强。(3)该研究推动了对生物多样性不同维度(如功能多样性和系统发育多样性)在生态系统中作用的认识,促进了学界对除生产功能外的生态...     

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。     

河口、海湾生态系统初级生产力研究进展

河口及海湾生态系统与大洋生态系统相比,其理化环境因子复杂多样,且易受近岸人类活动的影响,生态系统多样性更高。初级生产力是河口及海湾生态系统研究的重要内容之一,也是渔业资源评估、水环境评价及生态环境治理等方面的重要参数。本文综述了近十年来河口及海湾初级生产力相关研究所取得的成果与进展,并从河口及海湾水域影响初级生产力的主要环境因子、初级生产力的粒级结构、赤潮机理研究、初级生产力估算方法等方面的相关研究对河口及海湾初级生产力的特点进行归纳总结,并对现在相关水域初级生产力估算的技术发展和研究重点进行了探讨和展望。     

松嫩平原草地群落物种多样性与生产力关系的研究

 物种多样性对生态系统功能的作用是生物多样性研究的核心领域之一,而生态系统生产力水平是其功能的重要表现形式。自然群落的物种多样性常与生产力密切相关,其相关性格局主要表现为3种形式,即单调上升、单调下降和单峰关系。本研究结果支持单峰格局,即中等生产力水平物种多样性最高。并认为水的作用导致草地群落养分资源的空间异质性降低,物种竞争增大,从而物种多样性下降,但生产力明显增加。物种的共存依赖于进化上稳固的物种之间利用资源能力的交换,而物种在竞争能力和生产能力上的交换使具有更高生产力的物种是竞争的弱者。物种多样性与生     

消费者多样性对食物网结构和生态系统功能的影响

前所未有的生物多样性丧失使人们越来越关注生物多样性的生态系统功能.现有的绝大多数研究都是局限在单一营养级别上,主要是植物上,但是今天越来越多的证明表明消费者的多样性对生态系统结构和功能具有深刻影响.综述了消费者多样性对相邻或非相邻营养级的种群密度、物种多样性和生产力等方面影响的最新进展,同时也提出了若干研究展望.总体上.消费者多样性,无论是草食动物还是肉食动物,都倾向于增加该消费者所在营养级的养分和能量利用效率,以及生产力.这可能源于取样效应,或者物种之间的互补作用,类似于植物物种多样性影响初级生产力的机制.草食动物可能降低或者提高植物物种多样性,或者没有显著影响,其具体效应取决于生态系统生产力水平和草食动物的大小.捕食者哌能通过直接抑制草食动物而间接提高植物的多样性和生产力,但这种效应的大小差异很大,甚至效应的方向,都可能随团体内捕食者所占的比例而改变.未来的研究,应该考虑应用较大尺度的实验来检测食物网复杂营养关系对生态系统特性的影响,继续探讨消费者对生态系统功能的影响机制.认为异速生长法则和生态化学计量学在食物网组分关系研究中的应用将有利于增强人们对消费者.生态系统功能关系的理解.另外,全球变暖和转基因植物对食物网中消费者结构和生态系统的功能的影响也将是未来的一个重要研究方向.     

森林生态系统年净初级生产力和生境复杂度对小型兽类物种多样性影响

本研究主要探讨黄龙自然保护区森林生态系统年净初级生产力水平和栖息地复杂程度对小型兽类物种多样性的影响。将调查区按海拔高度分为4 个调查点,每点的年净初级生产力水平各不相同,分别为: 24.9 MJ / (m²·a) ; 21.5 MJ / (m²·a) ; 17.5 MJ / (m²·a) 和14.1 MJ / (m²·a) 。在选择调查点时,同时考虑栖息地复杂程度,在生产力水平较高的调查点选择栖息地复杂程度较低的地点,而在生产力较低的调查点选择栖息地复杂程度较高的地点调查,以便分析森林生态系统年净初级生产力水平与栖息地复杂程度对小型兽类物种多样性的影响。采用鼠铗捕获小型兽类。结果表明,小型兽类物种多样性与森林生态系统年净初级生产力水平有密切关系,随着海拔升高,森林生态系统年净初级生产力的降低,所捕获的小型兽类生物量随之降低,其物种多样性也随之下降。小型兽类物种多样性也与栖息地复杂程度有关,森林生态系统年净初级生产力水平在一定范围内,大于17.5 MJ / (m²·a) ,栖息地复杂度的增加可以降低年净初级生产力水平对小型兽类物种多样性的影响。然而,森林生态系统年净初级生产力水平降低到一定程度时,小于14.1 MJ / (m²·a) ,生产力水平则为影响小型兽类物种多样性的主要因子。此外,小型兽类的生物量与森林生态系统年净初级生产力和栖息地复杂程度也有类似的关系。     

资源互补效应对多样性-生产力关系的影响

许多有关物种多样性-生态系统功能关系的观察、理论和实验研究都表明, 在局域尺度范围内, 植物种多样性对生态系统生产力存在正效应。 然而, 对于促成这种关系的潜在生态学机制却缺乏足够的了解。 该实验利用9种一年生栽培牧草, 采用各物种单播及混播的方法, 构建不同多样性梯度的实验群落, 对物种多样性与生态系统生产力的关系及资源互补效应对系统生产力的影响进行了研究。 结果表明, 在一年生植物群落内,植物种多样性在一定程度内对系统生产力存在正效应, 物种多样性与生产力呈二次函数关系, 关系式为y = -98.449x² + 1 039.2 x - 42.407, (R² = 0.423 1)。 各物种在资源利用、生长速度和竞争能力等功能特征方面存在较大差异, 最高产物种和最低产物种间产量相差5.8倍。 在同一多样性梯度内, 不同物种组合的群落间生产力和互补效应也存在较大差异, 说明物种的成分对生态系统生产力也有重要影响。 同时,在混播群落中程度不同地存在着资源的互补性利用, 说明物种多样性对系统生产力有增强作用, 但相关分析表明, 互补效应和物种多样性间不存在显著相关关系。互补效应的4种计算方法所反映的资源互补程度有所不同, 每种方法各有利弊, 在对系统的多样性效应作用机制进行评价时, 应根据具体情况, 同时采用几种方法, 以利于对资源互补效应做出恰当的估测。     

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.     

Unanticipated impacts of spatial variance of biodiversity on plant productivity

Experiments on biodiversity have shown that productivity is often a decelerating monotonic function of biodiversity. A property of nonlinear functions, known as Jensen's inequality, predicts negative effects of the variance of predictor variables on the mean of response variables. One implication of this relationship is that an increase in spatial variability of biodiversity can cause dramatic decreases in the mean productivity of the system. Here I quantify these effects by conducting a meta‐analysis of experimental data on biodiversity–productivity relationships in grasslands and using the empirically derived estimates of parameters to simulate various scenarios of levels of spatial variance and mean values of biodiversity. Jensen's inequality was estimated independently using Monte Carlo simulations and quadratic approximations. The median values of Jensen's inequality estimated with the first method ranged from 3.2 to 26.7%, whilst values obtained with the second method ranged from 5.0 to 45.0%. Meta‐analyses conducted separately for each combination of simulated values of mean and spatial variance of biodiversity indicated that effect sizes were significantly larger than zero in all cases. Because patterns of biodiversity are becoming increasingly variable under intense anthropogenic pressure, the impact of loss of biodiversity on productivity may be larger than current estimates indicate.     

浙江定海次生林内物种丰富度与生物量和生产力关系的环境依赖性

迄今生物多样性与生态系统功能关系的研究主要在物种组成随机配置的人工生态系统中进行, 在自然生态系统中研究较少, 且未考虑环境因子如何影响生态系统功能及其与生物多样性的关系。本研究选取亚热带广泛分布的次生林为研究对象, 利用模型拟合的方法, 探讨亚热带次生林中物种丰富度与生物量和生产力之间的关系, 以及环境因子(海拔、坡度、坡向、土层厚度)和次生林恢复时间(林龄)对生物量、生产力、物种丰富度与生物量和生产力间关系的影响。结果表明, 当不考虑环境因子时, 物种丰富度与生物量之间存在显著的线性正相关关系, 而与生产力之间存在显著的二次关系(先增加后减少的驼峰型)。当考虑环境因子时, 个体密度和土层厚度对生物量具有显著影响, 而环境因子对生产力并无显著效应。在坡度较陡、坡向朝南及土层较厚的环境条件下, 物种丰富度与生物量具有显著的线性正相关关系; 而在坡度较缓、坡向朝北及土层较薄的环境条件下, 物种丰富度不影响生物量。在较高海拔环境条件下, 生产力随物种丰富度先增加后减少(驼峰形状), 而在其他环境条件下, 生产力均不响应物种丰富度。以上结果说明自然森林生态系统中物种丰富度与生物量和生产力的关系存在差异, 且其相互间的关系依赖于环境因子。     

呼伦贝尔草原不同草地利用方式下生物多样性与生物量的关系

生物多样性与生产力的关系是当前生态学中研究的重点之一,以呼伦贝尔草原为研究对象,通过连续两个生长季的野外监测,从草地植物功能型的角度探讨了在不同利用方式下草地物种丰富度与地上生物量的关系,结果表明：（1）不同草地利用方式显著影响草地生物多样性和生产力,在3种不同利用方式中,生物多样性总体的趋势是割草〉围封〉放牧,其中Shannon-Wiener指数、Simpson指数和物种丰富度均差异显著;割草草地地上生物量最高,围封草地次之,放牧草地最少。（2）将草地植物按照植物功能型分类,放牧草地1、2年生植物占优势,随着物种丰富度的增加,1、2年生植物生物量没有明显的变化趋势;割草草地以禾本科植物和非禾本科植物为主,随着物种丰富度的增加,禾本科植物生物量呈下降趋势,而非禾本科植物变化不明显;围封草地中禾本科植物占优势,其他功能型植物分布较均匀,多度、频度和生物量等差异不显著。（3）3种草地利用方式中只有围封草地物种丰富度和地上生物量存在显著的正相关,即随着物种丰富度的增加,生物量也随之升高。其他两种利用方式下,物种丰富度对地上生物量没有显著影响。     

Bacterial diversity patterns along a gradient of primary productivity

Primary productivity is a key determinant of biodiversity patterns in plants and animals but has not previously been shown to affect bacterial diversity. We examined the relationship between productivity and bacterial richness in aquatic mesocosms designed to mimic small ponds. We observed that productivity could influence the composition and richness of bacterial communities. We showed that, even within the same system, different bacterial taxonomic groups could exhibit different responses to changes in productivity. The richness of members of the Cytophaga‐Flavobacteria‐Bacteroides group exhibited a significant hump‐shaped relationship with productivity, as is often observed for plant and animal richness in aquatic systems. In contrast, we observed a significant U‐shaped relationship between richness and productivity for α‐proteobacteria and no discernable relationship for β‐proteobacteria. We show, for the first time, that bacterial diversity varies along a gradient of primary productivity and thus make an important step towards understanding processes responsible for the maintenance of bacterial biodiversity.     

The relationship between species richness and productivity in four typical grasslands of northern China

The relationship between plant species richness and primary productivity has long been acentral topic in biodiversity research.In this paper,we examine the relationship between species richness and productivity in four typical grasslands of Northern China at different spatial scales.At the community scale,a positive correlation was found for six of seven communities.A unimodal pattern was found only for one community (Stipa glareosa community),while at a large scale (vegetation type or landscape/region),the relationship was also found significantly positive.Species richness ranged from 4 to 35 species,and community aboveground productiand aboveground productivity were found in alpine meadow,followed by meadow steppe,typical steppe and desert steppe.     

Tree species richness promotes productivity in temperate forests through strong complementarity between species

Understanding the link between biodiversity and ecosystem functioning (BEF) is pivotal in the context of global biodiversity loss. Yet, long-term effects have been explored only weakly, especially for forests, and no clear evidence has been found regarding the underlying mechanisms. We explore the long-term relationship between diversity and productivity using a forest succession model. Extensive simulations show that tree species richness promotes productivity in European temperate forests across a large climatic gradient, mostly through strong complementarity between species. We show that this biodiversity effect emerges because increasing species richness promotes higher diversity in shade tolerance and growth ability, which results in forests responding faster to small-scale mortality events. Our study generalises results from short-term experiments in grasslands to forest ecosystems and demonstrates that competition for light alone induces a positive effect of biodiversity on productivity, thus providing a new angle for explaining BEF relationships.