城市建成区自生草本植物群落的物种多样性与功能多样性——以深圳市为例

城市自生草本植物的物种多样性和功能多样性直接影响城市生态系统的功能和稳定性,但目前相关研究依然很缺乏。以深圳市为例,基于建成区600个1hm²样地的现场调查数据,分析自生草本植物的群落结构、物种多样性、群落功能特征及功能多样性。结果显示:①调查共记录自生草本植物61科178属273种,其中多年生草本占54.6%,乡土植物占65.6%。②占明显优势的功能特征有中小型叶(91.85%)、草质叶(42.59%)、纸质叶(32.96%)、叶片无毛或近无毛(56.67%)、中等密度绒毛(40.37%)、叶面较粗糙(52.59%)、花期4-6个月(50.78%)、果期4-6个月(49.22%)、干果(86.03%)。③群落类型间功能丰富度FDp、功能离散度Rao二次熵差异极显著(P ＜ 0.01)、功能均匀度FEve差异显著(P ＜ 0.05)。④公园绿地的物种多样性指数明显高于其他三类绿地;不同绿地类型间的功能丰富度和功能离散度在滞尘、降噪、降温增湿及生物多样性保护方面都有极显著差异(P ＜ 0.01),功能均匀度只在滞尘及生物多样性保护方面差异极显著(P ＜ 0.01)。⑤各功能多样性指数均与Margalef指数、Simpson指数及Shannon-Wiener指数呈极显著正相关关系(P ＜ 0.01)。研究结论和方法为维护城市生态系统稳定性、建设生态宜居城市、促进城市可持续发展提供理论依据。     

环境因子对山西太岳山典型森林类型物种多样性及其功能多样性的影响

该研究采用典型样地法,调查群落内物种分布并测量植物功能性状(叶面积和植株高度),对山西太岳山不同坡位华北落叶松-白桦混交林以及辽东栎次生林物种多样性及其功能多样性进行比较分析,探究环境因子对不同群落层次(乔木、灌木、草本)物种多样性及其功能多样性的影响机制,以及环境因子与群落构建之间的联系,为森林生态系统多样性研究以及经营管理提供理论依据。结果显示:(1)华北落叶松-白桦混交林的物种分布更加均匀,物种多样性和功能多样性(乔木层)均显著高于辽东栎次生林。(2)华北落叶松-白桦混交林乔木层功能均匀度与功能分散指数显著高于辽东栎次生林,但灌木草本层低于辽东栎次生林。(3)不同群落层次的物种多样性与功能多样性均呈正相关关系,影响物种分布和性状分布的环境因子存在差异,物种多样性受多种环境因子的综合影响,而单个环境因子对功能多样性影响较大,环境解释力与林分类型和群落层次相关。(4)乔木层物种多样性主要受土壤pH、冠层结构(MLA、林分开度)以及光照影响,灌木层物种多样性与土壤pH和MLA密切相关,林下总辐射、土壤养分(SOC、STN)、土壤相对含水率是影响草本层物种分布的主要环境因子;冠层结构(MLA、林分开度)是影响乔木层功能多样性最主要的环境因子,土壤pH和坡位分别是华北落叶松-白桦混交林和辽东栎次生林灌木层功能多样性的主要影响因子,影响草本层功能多样性的主要环境因子是土壤相对含水率与LAI。研究表明,在垂直分层的森林生态系统中,不同群落层次竞争的主要环境资源存在差异,乔木层通过改变冠层结构和林内环境限制林下物种分布和性状分布。     

Functional traits explain ecosystem function through opposing mechanisms

The ability to explain why multispecies assemblages produce greater biomass compared to monocultures, has been a central goal in the quest to understand biodiversity effects on ecosystem function. Species contributions to ecosystem function can be driven by two processes: niche complementarity and a selection effect that is influenced by fitness (competitive) differences, and both can be approximated with measures of species’ traits. It has been hypothesised that fitness differences are associated with few, singular traits while complementarity requires multidimensional trait measures. Here, using experimental data from plant assemblages, I show that the selection effect was strongest when trait dissimilarity was low, while complementarity was greatest with high trait dissimilarity. Selection effects were best explained by a single trait, plant height. Complementarity was correlated with dissimilarity across multiple traits, representing above and below ground processes. By identifying the relevant traits linked to ecosystem function, we obtain the ability to predict combinations of species that will maximise ecosystem function.     

山西五鹿山森林群落木本植物功能多样性

通过选取群落中木本植物种子的扩散方式、传粉方式、植株高度和盖度等13个功能性状,计算出群落的6个功能多样性指数:功能性状距离、功能性状平均距离、功能体积、功能均匀度、功能分散指数和Rao二次熵指数,结合群落物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数和物种均匀度指数对山西五鹿山森林群落木本植物功能多样性进行研究。结果表明:(1)功能性状距离、功能性状平均距离、功能体积与物种丰富度、Shannon-Wiener指数显著正相关;功能均匀度与Shannon-Wiener指数、物种均匀度指数显著正相关;功能分散指数、Rao二次熵指数与物种均匀度指数、Shannon-Wiener指数显著正相关;(2)功能多样性的差异很大程度上是由于物种差异所引起的;(3)6个功能多样性指数可分为三类:功能性状距离、功能性状平均距离、功能体积为功能丰富度指数;功能均匀度为功能均匀度指数;功能分散指数和Rao二次熵指数为功能离散度指数。该分类结果符合指数的计算方法和生态学意义,以及相互独立的标准。     

践踏干扰对碧塔海高寒草甸植被茎叶性状、物种多样性和功能多样性的影响

高寒草甸具有重要的生态服务功能,然而固有脆弱性使其极易遭受气候变化和人为干扰等多重因素的影响。作为滇西北旅游资源中重要的组分之一,高寒草甸吸引了大批游客前往开展徒步旅行活动,但伴随着的践踏干扰作用会不可避免地对高寒草甸生态系统带来负面影响。然而,目前关注践踏干扰对滇西北高寒草甸植被的影响,特别是植被功能性状和功能多样性如何发生变化方面的研究还十分欠缺。以云南省香格里拉市碧塔海自然保护区内的典型高寒草甸生态系统为研究对象,采用实验践踏的方式(一共5种不同强度的践踏处理)来模拟旅游活动对草甸植被的干扰作用,并以草甸植被的茎叶性状特征为切入点,重点探讨践踏干扰对茎叶性状的平均大小和变异程度的影响,以及物种丰富度(以物种形态分类为基础)和功能丰富度(以功能性状为基础)之间的关系。研究结果显示,随着践踏强度的增加,植株高度和叶片大小的平均值,而不是茎叶性状的变异程度,出现明显下降趋势。此外,物种丰富度和功能丰富度均随践踏强度的增强而减小,且两者之间呈现显著正相关关系。然而,较之轻度践踏实验组,重度践踏实验组中的功能均匀度和功能分离度水平均有所增加,表明践踏干扰可能会在短期内打破优势种对资源的绝对占有格局和减少物种间的生态位重叠程度。尽管高寒草甸对人类践踏活动有一定的承受能力,但气候变化和人为干扰等多重因素势必会改变和影响高寒草甸群落的结构和功能可持续性,这也对高寒草甸的保护与管理工作提出了更加紧迫的要求。     

深圳市建成区入侵植物对草本植物种类及功能多样性的影响

入侵植物对城市生态系统形成潜在威胁,有待引起足够的关注。为探究城市入侵植物对草本植物种类及功能多样性的影响,以深圳市建成区入侵植物鬼针草（Bidens pilosa）和南美蟛蜞菊（Sphagneticola trilobata）为例,分析了不同绿地类型中不同程度的单独入侵和共同入侵对草本植物群落物种多样性和功能多样性的影响规律。结果显示：①Margalef物种丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数均与入侵植物盖度呈显著负相关（P<0.05,0.5865 < R² < 0.9356）。②功能丰富度指数（FRic）、功能均匀度指数（FEve）和Rao二次熵指数（FD_Q）与入侵植物盖度有一定的相关关系（0.0000 < R² < 0.2211）。③群落的特征加权平均株高（CWM_H）与入侵植物盖度有一定的正相关关系（0.0716 < R² < 0.2262）。④与未入侵的样方相比,鬼针草轻度入侵显著提高了物种多样性（P<0.05）,鬼针草和南美蟛蜞菊单独重度入侵均显著降低物种多样性（P<0.05）,二者各种程度的分别单独入侵及共同入侵都显著提高了群落加权平均株高（CWM_H）（P<0.05）。⑤对不同的绿地类型分开计算发现,鬼针草单独入侵和二者共同入侵都显著提高了各种绿地类型的物种多样性（P<0.05）,南美蟛蜞菊单独入侵只对部分绿地类型的群落物种多样性影响显著。⑥鬼针草和南美蟛蜞菊之间的生态效应可能为拮抗作用。研究结果为进一步揭示植物入侵对城市草本植物群落的影响规律提供参考,为有效防治城市外来植物入侵提供一定的依据。     

刈割和施肥对高寒草甸物种多样性和功能多样性时间动态及其关系的影响

强烈扰动和环境胁迫对植物群落的物种多样性(SD)和功能多样性(FD)有重要影响, 但SD和FD随时间的变化模式及其关系至今少有研究。该研究通过对高寒矮生嵩草(Kobresia humilis)草甸为期7年(2007-2013年)的刈割(3个水平: 不刈割、留茬3 cm和留茬1 cm)和施肥(2个水平: 施肥和不施肥)控制实验探讨了SD和FD随时间的变化模式及其关系。研究结果显示: (1)刈割显著增加了SD和FD, 施肥处理则降低了SD, 对FD增加仅有微弱影响; (2)各处理群落的SD随着时间而下降, FD则随时间增加; (3)随着刈割强度的增加, SD(x)-FD(y)关系由正线性相关变为无相关, 斜率大小为slope_l ≥ slope_m > slope_h (下标l、m和h分别表示轻度、中度和重度扰动强度), 施肥并不会改变此关系形式和斜率; (4)刈割与施肥对SD和FD的互作效应都不显著, 且不施肥群落SD(x)-FD(y)关系的斜率也为slope_l ≥ slope_m > slope_h。上述结果说明, 刈割并不一定导致植物功能性状的趋同构建, 也能引发趋异构建, 而施肥引起的强烈种间竞争也并未显著增强趋异构建过程, 这与植物群落构建理论的预测不完全一致。与施肥相比, 刈割扰动是决定群落中SD-FD时间关系形式的主要因素, 并决定着SD-FD关系斜率的变化。     

高寒草甸不同坡向植物群落物种多样性与功能多样性的关系

植物群落物种多样性与功能多样性是生态学研究的热点问题之一,研究其对于保护生物多样性和维持生态系统功能具有重要意义。采用野外群落调查方法,探讨了物种多样性与功能多样性在坡向梯度上的变化格局及其关联性。结果显示：（1）从北坡到南坡,土壤含水量、有机碳呈递减趋势;坡度、照度、土温、pH呈递增趋势;土壤全氮、全磷在西坡明显低于其他各坡向;（2）物种多样性指数均由北坡向南坡依次递减;（3）一元性状功能多样性在各坡向间的差异显著（P<0.05）,除LDMC_FDrao外,其他功能性状均为北坡大于南坡;（4）多元性状功能丰富度与功能均匀度均由北坡向南坡呈递减的趋势,各坡向的功能均匀度差异性不显著。通过相关分析与通径分析发现,功能多样性指数的主要环境决定因子与限定因子均存在差异：功能丰富度、功能均匀度主要环境限定因子为pH,功能离散度主要环境限定因子为土温;功能离散度主要环境决定因子为土壤含水量;（5）物种多样性指数与功能丰富度呈正线性相关,与功能离散度呈负线性相关,而与功能均匀度不相关。     

南四湖沉水植物物种多样性和功能多样性对水深梯度的响应

从物种多样性和功能多样性探讨沉水植物群落对水深的响应可深刻揭示水深对群落构建的影响机制。以南四湖不同水深沉水植物群落为研究对象,对比分析了群落的9个加权功能性状（株高、茎分支数、茎节数、茎直径、根长、根围直径、生物量分配比、比叶面积、植物体磷含量）、5个物种多样性指数（Berger-Parker生态优势度指数、Margalef丰富度指数、Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数）和5个功能多样性指数（功能丰富度FRic指数、功能均匀度FEve指数、功能离散度FDiv指数、功能分散度FDis指数和二次熵Rao指数）以及物种多样性和功能多样性关系对水深的响应规律。研究结果表明：（1）水深可显著改变群落株高、根长、根围直径、比叶面积、生物量分配比和植物体磷含量6个加权功能性状;群落茎分支数、茎节数和茎直径3个加权功能性状对水深变化无显著响应;（2）水深可显著影响群落物种多样性和功能多样性,中等水深处沉水植物群落具有较高的Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Berger-Parker生态优势度指数、Pielou均匀度指数以及功能丰富度FRic指数、功能均匀度FEve指数、功能离散度FDis指数、二次熵Rao指数;（3）水深可改变5个物种多样性指数与功能丰富度FRic指数、功能均匀度FEve指数、功能离散度FDiv指数3个功能多样性指数间的相关关系,但对5个物种多样性指数与功能离散度FDis指数、二次熵Rao指数2个功能多样性指数间的相关关系无显著影响。研究结论为：群落不同测度的物种多样性和功能多样性指数及其相关关系对水深变化的响应迥异,在探讨水深对沉水植物群落构建的影响机制时应从多个方面综合考量。     

生态学的多样性指数:功能与系统发育

生物多样性是生态学的核心问题。传统的多样性指数仅包含物种数和相对多度的信息,这类基于分类学的多样性指数并不能很好地帮助理解群落构建和生态系统功能。不同物种对群落构建和生态系统功能所起到的作用类型和贡献也不完全相同,且物种在生态过程中的作用和贡献往往与性状密切相关,因此功能多样性已经成为反映物种群落构建、干扰以及环境因素对群落影响的重要指标。同时,由于亲缘关系相近的物种往往具有相似的性状,系统发育多样性也可以作为功能多样性的一个替代。功能多样性和系统发育多样性各自具有优缺点,但二者均比分类多样性更能揭示群落和生态系统的构建、维持与功能。     

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。     

Through the Jungle of Biological Diversity

Biological diversity would apparently seem the most intuitive and easily studied of all the ecological concepts. However, in practice biodiversity has suffered from great number of definitions that vary with the specific needs of the different researchers, thus making it extremely confusing as an ecological concept. In this paper, I shortly review the concept of biodiversity showing that there exists a substantial ambiguity among ecologists as far as biodiversity conceptualization and evaluation is concerned. I conclude that, due to this major disagreement on its very nature, biodiversity may be defined simply as a set of multivariate summary statistics for quantifying different characteristics of community structure.     

小叶锦鸡儿灌丛化对典型草原群落结构与生态系统功能的影响

草原灌丛化是全球干旱半干旱地区面临的重要生态问题。灌丛化对草原生态系统结构与功能的影响较为复杂, 有待于在更广泛的区域开展研究。该研究在内蒙古锡林郭勒典型草原选择轻度、中度和重度灌丛化草地, 通过群落调查, 结合植物功能性状和土壤理化性质观测, 研究了小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛化对草原群落结构(物种多样性、功能多样性和功能群组成)和生态系统功能(初级生产力、植被和土壤养分库)的影响。结果表明: 1)不同程度灌丛化草地的物种丰富度、功能性状多样性和群落加权性状平均值差异显著, 其中, 中度灌丛化草地的物种多样性和功能多样性较高, 表明一定程度的灌丛化有利于生物多样性维持。2)重度灌丛化草地的地上净初级生产力(ANPP)显著高于轻度和中度灌丛化草地, 其原因主要是随着灌丛化程度加剧, 群落内一/二年生草本植物显著增加, 而多年生禾草和多年生杂类草显著减少。三个灌丛化草地的植被叶片和土壤碳、氮库差异均不显著。3)灌丛化对草原生态系统功能包括ANPP、植被和土壤养分库均没有直接的影响, 而是通过影响功能群组成、土壤理化性质和功能多样性, 间接地影响生态系统功能; 灌丛化导致功能群发生替代和土壤旱碱化是最重要的生物和非生物因素。     

On the risks of using dendrograms to measure functional diversity and multidimensional spaces to measure phylogenetic diversity: a comment on Sobral et al. (2016)

Sobral et al. (Ecology Letters, 19, 2016, 1091) reported that the loss of bird functional and phylogenetic diversity due to species extinctions was not compensated by exotic species introductions. Here, we demonstrate that the reported changes in biodiversity were underestimated because of methodological pitfalls.     

天坑森林植物群落叶功能性状、物种多样性和功能多样性特征

以天坑内部-边缘-外部森林植物群落为研究对象,通过调查植物的群落结构、叶功能性状,探究天坑内外森林植物群落叶功能性状、物种多样性和功能多样性变化特征及其内在关联,为深入了解负地形森林生态系统的功能和恢复退化喀斯特地区的植被提供一定参考。研究结果如下：（1）比叶面积（SLA: 198.75 cm2/g)）、叶面积（LA: 42.70 cm2）、叶磷含量（LPC: 1.70 g/kg）和叶钾含量（LKC: 10.27 g/kg）在天坑内部最高,叶组织密度（LTD: 0.32 g/cm3）和叶干物质含量（LDMC: 0.41 g/g）在天坑外部最高,天坑内外森林均易受到磷限制,表明随天坑内部-边缘-外部生境变化,植物对环境的适应机制和生存策略发生了部分调整,物种的防御策略增强,生长投入策略减弱。（2）Shannon-Wiener指数（2.82）、Simpson指数（0.92）和Pielou’s均匀度指数（0.87）均以天坑外部最高,功能丰富度（1.05）、功能离散度（1.88）和Rao’s二次熵（4.52）以天坑内部最高,表明随天坑内部-边缘-外部生境的变化,植物功能性状的差异减少,物种分布及其功能性状分布总体上更为均匀、物种数量增多。（3）物种多样性指数之间、功能多样性指数之间存在较强的相关性,表明物种多样性指数之间、功能多样性指数之间存在不同的制约关系。（4）叶功能性状与物种多样性、功能多样性的相关性强,物种多样性和功能多样性之间相关性较弱,表明叶性状对生态学过程的变化较为敏感,叶功能性状与物种多样性之间存在较强的耦合关系。