植物多样性和食物网的稳定性

原文信息

doi: 10.1111/j.1461-0248.2010.01548.x

摘要

半世纪前，Charles Elton提出，更高的植物多样性可以稳定自然生态系统中的食物网动态。通过对草地植物多样性控制实验中节肢动物群落动态的长期研究来验证这一假设。在过去的十年里，研究发现更高的植物多样性增加了(>700种)节肢动物群落多样性在营养水平上的稳定性。随着植物种类增加，植食动物和捕食动物物种丰富度的稳定性和总植食性动物丰度的稳定性均有所增加。驱动这些多样性-稳定性关系的潜在机制是植物多样性、对初级生产力和群落稳定性的影响以及组合效应。结果表明，较高的植物多样性为节肢动物的食物网提供了更持久的食物和栖息地资源。因此，积极管理高植物多样性可能比预期的更有利于增加动物多样性和控制虫害暴发。

研究背景

多样性-稳定性假说因其与保护和农业的相关性而被广泛接受，包括观察到农业系统中的单种植物容易发生虫害，较简单的岛屿系统更容易受到物种入侵。这也催生了一系列关于植物多样性-稳定性关系的理论和实验研究，越来越多的实验研究表明，植物群落的多样性导致稳定性，几乎没有例外。

目前尚不清楚的是，是否像Elton最初提出的那样，植物多样性也能稳定植物所支持的多样性、多营养种群和群落。食物网的稳定性被认为取决于营养级之间的相互作用，包括消费者的专化程度，或食物网的连通性。植物多样性可以以多种方式影响食物网的连通性。更高的植物多样性增加了植物生产力和捕食者的数量，这增加了相互作用的物种之间的能量转移，从而增加了食物网的连通性。然而，植物多样性同时也增加了消费者的多样性和栖息地结构，从而增加了潜在相互作用的数量，以及猎物逃脱捕食的可能性，从而减少了食物网的连通性。关于食物网稳定性的实证研究主要局限于水生微生态系统，结果不一。

科学问题

基于以上研究背景，作者提出了三个问题: (1) 植物多样性是否增加了植食动物种群和群落的时间稳定性? (2) 植物多样性影响消费者稳定性的机制是什么? (3) 植物多样性对消费者稳定性的影响在植食性和捕食性营养水平上是否存在差异?

研究方法

通过在Cedar Creek生态系统科学保护区进行了为期11年的生物多样性实验，研究了节肢动物种群和群落动态。

主要结果

对于植食动物种群，植物多样性对种群稳定性的影响取决于取食的专化程度。植物多样性不会降低广食性植食性植物种群的稳定性，对于广食性植食动物，种群稳定性随植物多样性的增加而增加。

植物多样性增加了群落水平上植食动物的稳定性。随着植物多样性从1种增加到16种，总植食动物丰度的时间稳定性增加了43%，植食动物丰富度的稳定性增加了24%。较高的植物多样性导致了专食性植食动物种群的不稳定，但整个植食性动物群落趋于稳定。

研究同时考虑了植物多样性是如何通过捕食者和拟寄生者自上而下的控制来影响植食动物群落的稳定性。捕食者和寄生蜂丰度的稳定性在植食动物种群模型或群落稳定性模型中均不显著。这进一步证明了植食动物的稳定作用主要是由下而上的。

最后，研究发现植物多样性是通过增加宿主植物自身的生产力和稳定性来解释植食动物稳定性模式的主要机制。当植物多样性从1种增加到16种时，植物生产力提高了238%，群落稳定性提高了50%以上。在最佳统计模型中，植物总植食动物丰度的稳定性与植物多样性 (Shannon-Weiner指数) 和植物生物量的时间稳定性呈正相关。在为期11年的研究中，植物多样性使得植食动物可以获得更稳定的食物和栖息地资源。

结论

该研究结果表明，植物物种多样性会影响食物链，影响从植物到捕食者的营养级稳定性。正如Elton (1958) 所指出的那样，植物多样性通过减少植食动物种群丰度和减少总植食动物丰度和多样性的变异性来增加群落的稳定性。因此，植物多样性提供了一个关键的生态系统服务，通过减少昆虫爆发的可能性，即植食动物种群和群落丰度以及植食动物群落随时间的变化。这种服务可以通过生物多样性的景观管理来加强，例如保护或恢复农业景观中的自然区域的多种种植。更广泛地说，该研究表明，在生产者水平上的生物多样性保护或恢复有助于维持整个食物链的多样性、功能和稳定性。

转自：“新岗记事”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！