生物多样性与生态系统稳定性研究进展

生物多样性和生态系统稳定性之间的关系是生态学的热门话题。围绕这一主题,文章回顾了其研究历史及学术界的不同观点,阐述了目前在理论和实验领域的主要工作结果、研究进展和存在问题。理论方面,由于生物多样性和生态系统稳定性的概念是复杂而多层面的,导致二者之间的关系仍然是复杂多样的。实验方面,已有实验仅仅强调了少数几种类型的多样性和稳定性,对多样性—稳定性关系的揭示有限。在生物多样性和生态系统功能的研究中,重要的不只是结论,还应包括其中所隐含的机制。未来的主要挑战是搞清生物多样性动态、生态系统过程和无机因子如何相互作用。     

再论生物多样性与生态系统的稳定性

本文在简述生物多样性与生态系统稳定性研究动态的基础上,从生物多样性和稳定性的概念出发,指出忽视多样性和稳定性的生物组织层次可能是造成观点纷争的根源之一。特定生物组织层次的稳定性可能更多地与该层次的多样性特征相关,探讨多样性和稳定性的关系应从不同的生物组织层次上进行,抗动是生态系统多样性与稳定性关系悖论中的重要因子,如果根据扰动的性质,把生态系统（或其他组织层次）区分为受非正常外力干扰和受环境因子时间异质性波动干扰2类系统,稳定性的4个内涵可以理解为：对于受非正常外力干扰的系统而言,抵抗力和恢复力是稳定性适宜的测度指标;对于受环境因子时间异质性波动干扰和系统而言。利用持久性和变异性衡量系统的稳定性则更具实际意义。结合对群落和种群层次多样性与稳定性相关机制的初步讨论,本文认为;在特定的前提下,多样性可以导致稳定性。     

生物多样性的生态系统功能

本文从以下几个方面综述了生物多样性对生态系统功能和作用的影响 :第一 ,几个关于物种在生态系统中的不同地位和生物多样性如何影响生态系统功能的假说 ;第二 ,生物多样性与生态系统的稳定性 ;第三 ,生物多样性如何影响生态系统的生产力 ;第四 ,生物多样性对生态系统可持续性的影响。此外还提出了几个需要继续探讨和关注的问题     

生物多样性的生态系统功能

本文从以下几个方面综述了生物多样性对生态系统功能和作用的影响：第一,几个关于物种在生态系统中的不同地位和生物多样性如何影响生态系统功能的假说;第二,生物多样性与生态系统的稳定性;第三,生物多样性如何影响生态系统的生产力;第四,生物多样性对生态系统可持续性的影响。此外还提出了几个需要继续探讨和关注的问题。     

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。     

陆地生态系统服务与生物多样性研究进展

在生物多样性迅速消失的压力下,人类面临生态系统服务质量严重下降的威胁。为了使生态系统的重要功能更直观的展现在人们面前,许多学者把生态系统服务对人类的惠益进行整理分类,最有影响力的是千年生态系统评估(MA,Millennium Ecosystem Assessment)把生态系统服务分为供给、调节、文化和支持服务四类,服务的核心是生态系统的产品、过程和格局。生态系统服务的识别与分类是生态系统功能的对象化过程,也是以人类需求来审视生态系统的过程。生态系统通过结构-过程-功能这一途径来实现生态系统服务,各种服务的直接动力来源于自然界生物地球化学循环,生物多样性通过生态系统属性和过程来影响生态系统服务形成和维持。生物多样性越高,生态系统功能性状的范围越广,生态系统服务质量就越高、越稳定。全球变化中的土地利用和土地覆盖变化是生物多样性快速下降的主要原因,也是目前影响生态系统服务最广泛、最剧烈的驱动力,而这正是人类活动造成的,人类需求和生态系统有限的服务能力之间在不同尺度表现出严重冲突。要提高生态系统服务质量,要在不同区域进行重点不同的布局,尽可能的扩大生态系统规模和提高生态系统功能,核心是提高生物多样性水平。     

中国井冈山生态系统多样性

从不同尺度对井冈山生态系统进行了研究分析,并论述生态系统与生物物种多样性的关系,为井冈山生态环境保护与管理提供依据。研究发现,井冈山拥有IUCN/SSC一级生境类型9个,几乎涵盖了除海洋以外的所有生境类型,反映出井冈山生境类型非常丰富。井冈山一级生境中的面积最大的森林是井冈山自然生态系统类型及植被类型的重要基础;灌丛、草地及水域等次要的生境类型,提高了生态系统类型的复杂性和复合性。井冈山的一级生境类型是其生态系统分类的宏观基础,生境类型的丰富程度与生态系统类型的多样性密切相关。根据起源、地貌、生境和属性,以及结构和功能对井冈山生态系统类型进行逐级划分。调查发现,井冈山生态系统类型共有53类,其中自然生态系统21类(包括类型多样的森林生态系统、草地生态系统、静水生态系统等),人工生态系统14类(包括类型多样的人工湿地生态系统、人工林生态系统、农业自然复合生态系统等),复合生态系统18类(包括类型多样的人工复合生态系统、半自然复合生态系统等)。将生态系统只分到四级水平,四级以下还有丰富的生态系统类型。井冈山植物群落可分14个植被型,90个群系,180个群丛。与周围遗产地相比,井冈山的群系数量最多,与面积更大的三清山和武夷山相比,井冈山植被群系数量接近它们的3倍,表现出极其丰富的植被多样性。井冈山物种极其丰富,维管束植物和两栖动物最多,其昆虫数量仅次于武夷山,鸟类数量仅次于丹霞山。井冈山植物物种数最高。虽然井冈山总体空间(分布面积)有限,但这种分化出的丰富的生态位空间使井冈山在有限面积的植被上容纳更多的生物物种成为可能。     

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。     

草原灌丛化对生态系统多功能性的影响

草原灌丛化现象在干旱半干旱区广泛发生,影响了生态系统的结构、过程和功能。生态系统具有同时提供多种功能的能力,即生态系统多功能性。灌丛化是否会引起草原生态系统多功能性的减少,其内在的作用机制又是什么？这些问题仍有待明晰。理解草原灌丛化对生态系统多功能性的影响,对于促进草原地区"草-畜-人"平衡和实现区域可持续发展至关重要。从响应规律、影响路径和控制因素三个方面总结评述了草原灌丛化对生态系统多功能性影响的研究进展,主要包括:(1)阐明了单一生态系统功能和多种生态系统功能对草原灌丛化的响应特征;(2)从生物路径、非生物路径以及气候变化和人类活动的影响方面探讨了灌丛化对生态系统多功能性的影响路径;(3)从灌丛化物种、灌丛化阶段和草原类型三个方面明晰了草原灌丛化对生态系统多功能性影响的控制因素。在此基础上,针对灌丛化对生态系统多功能性的影响机制,对生产-生态功能权衡的影响等方面对未来研究进行了展望,并面向可持续发展目标探讨了灌丛化生态系统的可持续管理路径。研究可为我国灌丛化草原的恢复和管理提供支撑。     

生态系统关键种理论的研究进展

１９６９年,由Ｐａｉｎｅ提出的“关键种”概念,迅速成为国际生态学的研究热点。关键种理论从系统调控的水平,揭示了生态系统稳定性和物种多样性的一种维持机制,并对保护生物学具有指导意义。但是关键种的确定标准、普适性及研究方法等方面仍存在局限性。关键种理论还需要通过大量观察和实验加以补充、论证与完善。     

城市景观三维扩展及其大气环境效应综述

当前,中国正处于快速城镇化阶段,在城市边界迅速扩展同时,城市内部改造使建筑高度也不断增加,从而使得城市与周边生态环境的相互作用影响变得更为复杂。在三维空间上研究格局变化与过程关系对于城市生态安全持续和健康发展具有重要意义。本文综述了景观生态格局研究在三维空间上的进展和城市大气环境效应;总结了不同尺度上大气数值模式在城市下垫面大气模拟中的应用,以及城市景观组分和三维格局演变对局地气候和大气污染的影响;分析了当前城市景观三维格局研究和城市大气数值模式应用中存在的不足。三维格局定量分析及其环境效应是未来城市景观生态学研究新的方向,包括构建综合反映景观格局与大气环境关系的格局指数,建立融合城市景观格局演变动力机制和大气环境因子于一体的多尺度模型,以及加强城市三维景观格局优化研究。     

Context dependency of animal resource subsidies

The transport of resource subsidies by animals has been documented across a range of species and ecosystems. Although many of these studies have shown that animal resource subsidies can have significant effects on nutrient cycling, ecosystem productivity, and food‐web structure, there is a great deal of variability in the occurrence and strength of these effects. Here we propose a conceptual framework for understanding the context dependency of animal resource subsidies, and for developing and testing predictions about the effects of animal subsidies over space and time. We propose a general framework, in which abiotic characteristics and animal vector characteristics from the donor ecosystem interact to determine the quantity, quality, timing, and duration (QQTD) of an animal input. The animal input is translated through the lens of recipient ecosystem characteristics, which include both abiotic and consumer characteristics, to yield the QQTD of the subsidy. The translated subsidy influences recipient ecosystem dynamics through effects on both trophic structure and ecosystem function, which may both influence the recipient ecosystem's response to further inputs and feed back to influence the donor ecosystem. We present a review of research on animal resource subsidies across ecosystem boundaries, placed within the context of this framework, and we discuss how the QQTD of resource subsidies can influence trophic structure and ecosystem function in recipient ecosystems. We explore the importance of understanding context dependency of animal resource subsidies in increasingly altered ecosystems, in which the characteristics of both animal vectors and donor and recipient ecosystems may be changing rapidly. Finally, we make recommendations for future research on animal resource subsidies, and resource subsidies in general, that will increase our understanding and predictive capacity about their ecosystem effects.     

Potential functional redundancy and resource facilitation between tadpoles and insect grazers in tropical headwater streams

1. We quantified production and consumption of stream‐dwelling tadpoles and insect grazers in a headwater stream in the Panamanian uplands for 2 years to assess their effects on basal resources and energy fluxes. At the onset of our study, this region had healthy, diverse amphibian populations, but a catastrophic disease‐driven decline began in September 2004, which greatly reduced amphibian populations. 2. Insect grazer production was 348 mg ash‐free dry mass (AFDM) m^?2 year^?1 during the first year of the study and increased slightly to 402 mg AFDM m^?2 year^?1 during the second year. 3. Prior to amphibian declines, resource consumption by grazers (tadpoles and insects) was estimated at 2.9 g AFDM m^?2 year^?1 of algal primary production, which was nearly twice the estimated amount available. Insect grazers alone accounted for c. 81% of total primary consumption. During the initial stages of the declines, consumption remained at c. 2.9 g AFDM m^?2 year^?1, but only 35% of the available resource was being consumed and insect grazers accounted for c. 94% of total consumption. 4. Production and resource consumption of some insect grazers increased during the second year, as tadpoles declined, indicating a potential for functional redundancy in this system. However, other insect grazer taxa declined or did not respond to tadpole losses, suggesting a potential for facilitation between tadpoles and some insects; differential responses among taxa resulted in the lack of a response by insect grazers as a whole. 5. Our results suggest that before massive population declines, tadpoles exerted strong top‐down control on algal production and interacted in a variety of ways with other primary consumers. 6. As amphibian populations continue to decline around the globe, changes in the structure and function of freshwater habitats should be expected. Although our study was focused on tropical headwater streams, our results suggest that these losses of consumer diversity could influence other aquatic systems as well and may even reach to adjacent terrestrial environments.     

植物寄生对生态系统结构和功能的影响

寄生植物是生态系统中的特殊类群之一。植物寄生可以驱动生态系统中生物与非生物因子的变化,在生态系统结构与功能中起关键作用。寄生植物可以通过对寄主营养的集聚、改变凋落物的质量与数量、改变根的周转与分泌物格局、改变土壤水势,从而影响土壤理化特性。寄生植物会改变寄主的行为,改变寄主与非寄主植物之间的相互作用,从而影响植物群落的结构、多样性和动态,进而影响植被演替和植被生产力等。寄生植物与寄主均可被消费者取食,可直接或间接地影响生态系统的食草动物,包括草食昆虫等。寄生植物与寄主的其它寄生物存在竞争关系,可以直接或间接地影响寄主的其它寄生植物或病原真菌。寄生植物可以明显地改变土壤地球化学循环,将固有的不可动的成分转变为可利用的营养成分,改变土壤生物群落的结构与功能,从而显著影响地下生物群落。这些表明,植物寄生对生态系统的结构和功能有重要影响。针对特殊的被入侵的植物群落,该地寄生植物可以通过影响入侵植物寄主的生长、繁殖、生物量分配格局,改变土壤的理化特性,促进非寄主的非优势本地植物的生长,从而改变被入侵植物群落结构与多样性,达到生物防治及生态恢复的目的。     

Linking biodiversity and ecosystems: towards a unifying ecological theory

Community ecology and ecosystem ecology provide two perspectives on complex ecological systems that have largely complementary strengths and weaknesses. Merging the two perspectives is necessary both to ensure continued scientific progress and to provide society with the scientific means to face growing environmental challenges. Recent research on biodiversity and ecosystem functioning has contributed to this goal in several ways. By addressing a new question of high relevance for both science and society, by challenging existing paradigms, by tightly linking theory and experiments, by building scientific consensus beyond differences in opinion, by integrating fragmented disciplines and research fields, by connecting itself to other disciplines and management issues, it has helped transform ecology not only in content, but also in form. Creating a genuine evolutionary ecosystem ecology that links the evolution of species traits at the individual level, the dynamics of species interactions, and the overall functioning of ecosystems would give new impetus to this much-needed process of unification across ecological disciplines. Recent community evolution models are a promising step in that direction.     

Effects of extreme drought on terrestrial ecosystems: review and prospects

作为地球表层重要的组成部分, 陆地生态系统是人类生存和发展的重要场所。进入21世纪以来, 气候变化导致干旱事件发生的强度、频度和持续时间显著增加, 对陆地生态系统带来深远的影响, 严重制约甚至威胁人类社会的可持续发展。因此, 开展极端干旱对陆地生态系统影响的研究并评估其生态风险效应, 是当前全球变化领域研究的重点问题。该文从植物生理生态过程、生物地球化学循环、生物多样性以及生态系统结构和功能4个方面综述了极端干旱对陆地生态系统的影响, 并对当前的研究热点进行探讨, 深度剖析当前研究中存在的难点问题和未来可能的发展方向, 以期为未来开展干旱对陆地生态系统影响的观测与预测研究提供参考, 为在未来干旱影响下加强陆地生态系统风险评估和管理提供新思路。     

滇西北高山微水体与溪流生境底栖动物多样性和环境特征

高山微水体由于面积微小且通过地表径流形成串联结构常常被认为与高山溪流具有类似的生境, 然而由于这两类生境中环境因子与底栖动物多样性存在差异, 它们在生态系统中的作用可能完全不同。滇西北地区是全球生物多样性热点区域之一, 境内高山微水体和高山溪流分布密集, 在区域底栖生物多样性维持方面具有重要的功能, 然而目前对这两类高山淡水生态系统的研究较少。为了比较这两类生境环境因子的异同及其对底栖动物多样性的维持作用, 2015年6月, 作者在云南省怒江州贡山县的高山峡谷内, 对27个高山微水体和同区域分布的1条高山溪流(海拔高差500 m范围)的底栖动物多样性和水环境因子进行了实地调查。结果表明: (1)高山微水体和高山溪流底栖动物群落中优势分类单元种群数量均比较庞大, 而稀有分类单元数量较多且种群较小; (2)两种生境在环境因子、物种多样性、功能多样性和群落结构方面的差异明显, 高山溪流有较高的物种丰富度、物种多样性和功能多样性; (3)高山微水体底栖动物多样性的分布与水环境因子无关, 而高山溪流底栖动物多样性与群落结构的形成受到与流速关联的水环境因子和海拔的影响。因此, 高山微水体与高山溪流不能简单地视为类似的生境类型, 它们对区域底栖动物多样性和生态功能维持可能具有不同的作用。     

陆源人类活动对近海生态系统的影响

随着海岸带快速城市化和经济发展,人类活动对近海生态系统的影响日益增加。通过对国内外大量相关文献的分析和与国际专家的研讨,分别从海洋资源开发、海岸带城市化和环境变化等几个方面概述了陆源人类活动对近海生态系统的影响。目前陆源人类活动导致近海生态系统出现的主要问题有:海洋生物资源过度捕捞、海岸带富营养化、海洋酸化、珊瑚礁退化、海洋垃圾、以及海岸带矿产开采等高强度开发活动引发的重金属和持久性有机污染物污染等。这些问题会直接导致海洋生物群落结构变化、影响水质、降低海洋生物多样性,最终影响海洋生态系统服务功能,威胁海洋生态系统健康。这些问题的根源多来自陆地,必须将海洋和陆地作为一个有机整体,整合海陆系统相互作用的科学计划,推进海洋资源和近海生态系统的可持续管理。     

Periodical Cicada Detritus Impacts Stream Ecosystem Metabolism

The emergence of 17-year periodical cicadas in Maryland, USA, in 2004 provided a unique opportunity to study the effect of a large, but temporally limited, resource pulse of arthropod detritus on stream ecosystem function. Cicada emergence was quantified in the forests adjacent to two small streams with different histories of riparian disturbance (Intact and Disturbed sites). We estimated the input of cicada detritus to the streams, described its retention and breakdown dynamics, and measured whole-stream respiration over the cicada flight season (May–July). Average emergence density was significantly greater at the Intact site, but average cicada detritus input rates were greater at the Disturbed site. Cicada detritus was locally retained within both streams and rapidly broke down. Daily whole-stream respiration (CR₂₄) at both sites responded dramatically to the cicada pulse, with CR₂₄ doubling pre-cicada measurements following the period of greatest cicada input (Intact: 12.82 → 23.78 g O₂ m⁻² d⁻¹; Disturbed: 2.76 → 5.77 g O₂ m⁻² d⁻¹). CR₂₄ returned to baseline levels when cicada input decreased at the Intact site, but more than doubled again at the Disturbed site (13.14 g O₂ m⁻² d⁻¹), despite a decline in cicada input rate. Differences in respiration response may be a function of differences in cicada input rates as well as differences in microbial community activity. The strong effects on stream ecosystem function exerted by a short but intense input of periodical cicada detritus may provide insights regarding the response of streams to other irregular resource pulses. HM, MP, LC, and DR conceived and designed study; HM, LC, and DR performed research; HM, LC, and DR analyzed data; HM, MP, LC, and DR wrote the paper.