题目：Multiple facets of biodiversity drive thediversity-stability relationship
期刊：Nature Ecology & Evolution
时间：2018年8月27日
DOI：10.1038/s41559-018-0647-7
第一作者：Dylan Craven
通讯作者：Dylan Craven
机构：Institute of Biology, Leipzig University, Germany
写在前面
维持生态系统稳定性是保证人与自然和谐可持续发展的关键环节。其中，生物多样性与生态系统稳定性的关系始终是该领域热切关注的议题之一。目前已有大量数据证明，较高的生物多样性有利于维持生态系统稳定性。影响生物多样性与生态系统稳定性关系的因素很多，且这些因素对维持二者关系发挥着不同的作用。然而，这些作用的相对重要性及其相互关系究竟如何，目前尚不明确。本期推荐的文章针对这一问题进行了深入探讨。
正文简介
生态系统功能的时间稳定性（temporal stability），是衡量种群和群落对彼此和对环境变化的响应的综合指标。人们常将平均生物量（mean biomass，µ）和其随时间的标准偏差（temporal standard deviation，σ）之比（μ/σ）作为时间稳定性的典型衡量方式。生物多样性的刻画涉及多个方面，包括分类多样性（taxonomic diversity）、功能多样性（functional diversity）以及系统发育多样性（phylogenetic diversity）等。它们共同作用并影响着生态系统稳定性。
本文认为，生物多样性和生态系统稳定性的关系是由四类生物因素通过直接（如，对生物量产量的影响）和间接（如，物种异步性）的方式共同驱动。这四类因素分别为：（1）与快-慢叶经济谱相关的功能组成，如比叶面积（SLA）；（2）群落内快-慢植物生态策略的变化，该因素可用功能多样性来量化；（3）与系统发育多样性有关的生物驱动因素；以及（4）植物物种丰富度（species richness），其通过基于性状的通路来影响多样性与稳定性的关系。
本研究通过分析来自北美和欧洲的39个草地实验数据，对生物多样性的多个侧面如何影响多样性-稳定性关系，进行了全面且多角度的综合评估。文章提出两点假设：（1）具有较高的植物物种丰富度、与快-慢叶经济谱相关的性状多样性以及系统发育多样性的群落，将通过增加植物的异步性（asynchrony）来提高生态系统的稳定性；（2）具有较高的功能多样性、系统发育多样性，以及以“慢”叶经济物种为主的群落，会直接增加生态系统的稳定性。
本文利用结构方程模型，对实验数据进行分析后发现，在上述四个因素中，对生态系统稳定性影响最大的因素是植物物种丰富度。这种影响一方面由群落植物间的异步性效应介导，间接但强烈地影响生态系统稳定性。另一方面，物种丰富度通过直接影响植物平均生物量，增强了生态系统稳定性。作者认为，这些作用可以利用物种丰富度对物种的互补性和选择性的影响加以解释。即，由于物种间生态位的差异，导致物种生根策略、光合途径以及与物候、种群储存和再生等相关的特性产生了差异（图1）。
图1. 实验草地的生态系统稳定性、物种丰富度与物种异步性的关系。
影响多样性-稳定性关系的第二个重要因素是系统发育多样性。有趣的是，该过程通过两种相反的途径影响着生态系统的稳定性。当害虫和病原体在群落中传播时，与物种丰富度相似，系统发育多样性通过物种异步效应，降低了害虫和病原体在远亲物种群落中的传播效率，保证了生物量的稳定，从而间接且积极地维持着生态系统的稳定性。相反，在系统发育水平上的近亲群落将经历生物量的剧烈减少，导致群落稳定性受到影响（图2）。
图2. 实验草地的生态系统稳定性、系统发育、快-慢功能多样性与快-慢性状群落加权平均值的关系。a：系统发育（PD）。b：快-慢功能多样性（FD）。c：快-慢性状的群落加权平均值（CWM）。
从叶经济谱这一因素的角度看，与具有快速生长性状物种占主导的群落相比，具有慢速生长性状的物种占主导的群落稳定性略高（图3）。但快-慢叶经济谱作为一种整体策略，其影响生态系统稳定性的证据并不充分。而且，研究结果表明，叶经济谱与生态系统稳定性之间的关系严重依赖于特定地点的研究时间和环境条件等外部因素。但当仅仅考虑长期实验时（>4年），这种关系则明显增强。
图3. 生物多样性多个方面对实验草地的生态系统稳定性的直接和间接影响。
最后，本文还分析了气候因素对生态系统稳定性的驱动作用。结果发现，水分的平均可利用性和年际间可利用性对生态系统稳定性具有直接但相反的影响。这一差异反映了环境的年际变化对生态系统稳定性的影响。这意味着，在自然条件下，多样性的变化不是生态系统稳定的最终原因，而是生态系统响应全球变化的一个中间属性。同样意味着，全球变化驱动因素也可能通过其他途径影响生态系统的稳定（图4）。
图4. 生物多样性多个方面对实验草地的地上生物量的均值及其方差的直接和间接影响。
写在后面
本文对生物多样性的多个侧面如何影响多样性-稳定性关系进行了全面且多角度的评估。明确了影响二者关系的几个重要途径，回答了“是什么”——物种丰富度和系统发育多样性。其次，利用结构方程模型评估这些驱动因素间的相互关系，并挖掘重要因素背后的原因，回答了“为什么”——异步性。随后，拆分了其对稳定性影响的具体细节，回答了“哪一环”——生物量均值。最后，结合时代背景——气候变化，回答了“可能性”，探讨了潜在的可能性和研究盲区，为后续研究指明了方向。全文分析逻辑环环相扣，层次逐步提升；读起来趣味十足，同时发人深省。
转自：“生态学文献分享”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
