演替群落的物种组成和生态系统功能处于不断变化中,是研究生物多样性与生态系统功能(B-EF)关系的理想系统。然而基于森林演替群落开展的B-EF研究较少,而此前相反研究结果的得出很可能是由于演替阶段的不同而产生的。
理论推导
根据演替生态位理论(successional niche theory),早期演替树种(early-successional specialists)生长快,生产力高;不耐干扰,易死亡。后期演替树种(late-successional specialists)则相反。对于树木因生长而引起的地上生物量变化量(ΔAGB),随着演替的进行,B-ΔAGB关系应从负效应(负相关关系)到正效应(正相关关系);对于因死亡而改变的ΔAGB,随着演替的进行,B-ΔAGB关系应从正效应到负效应。
该理论的假设前提是物种具有功能/性状差异,且对环境有不同程度的响应,因此功能多样性比物种丰富度更适用于B-EF关系的研究。同时,谱系多样性常常与功能多样性相关,也应当纳入B-EF关系研究中。
科学问题
3个生物多样性维度——物种丰富度、功能多样性、谱系多样性与ΔAGB的关系(正效应or负效应)。其中,功能多样性选用叶性状(SLA、LDMC)和木质密度(WSG)进行计算。
2个ΔAGB的成分——因生长而改变的与因死亡而改变的,它们与生物多样性的关系是否会有不同。
3个演替阶段——早期、中期和后期(old-growth forests)阶段的B-ΔAGB关系,是否会有较大的甚至相反的变化。
方 法
利用树木生长异速方程计算地上部分生物量。由于样方内生物量的变化量可能受到其起始生物量的影响,故而计算生物量的相对变化量(ΔAGB),类似于相对生长速率。同时,样方内由树木生长和死亡所引起的生物量改变,可能存在权衡关系,故而单独计算生物量的增长量(∆AGBgrowth)和生物量的死亡量(∆AGBmortality)。
其中,t为第一次调查,t+5为5年后第二次调查。
结 果
(1)所有生物多样性指数在早期演替阶段都呈现明显的正效应,而物种丰富度、FD.LDMC和FD.SLA在中期呈现出明显的负效应。
(2)因生长而改变的ΔAGB与所有生物多样性指数在早期和中期演替阶段均为正效应关系,仅FD.all.traits在晚期阶段呈现显著的负效应;因死亡而改变的ΔAGB则仅在早期演替阶段为正效应关系(除了FD.all.traits),在中期阶段则均为负效应关系。
讨 论
FD.all.traits的B-EF关系与其他生物多样性指数不同——后期阶段对ΔAGBgrowth为负效应;早期阶段对ΔAGBmortality为负效应,这表明特定的功能性状组合会降低竞争能力(生产力和生存能力)。
此外的5个生物多样性指数对ΔAGBmortality均为正效应(早期阶段)到负效应(中期阶段),符合预期;而在早期阶段对ΔAGBgrowth均为正效应,不符合预期。这可能是由于早期阶段具有不同功能性状的物种能更好的利用资源,充分利用生态位。
三个演替阶段之间的B-EF关系存在着明显的差异:或正效应,或负效应,或无效应,表明演替阶段确实是影响B-EF关系的重要因素。
【编者按】
本文基于强假设:早期演替树种具有高生产力和高死亡率,后期演替树种则相反。但文中并没有根据这两个性状将物种划分出来。
所选用的3个功能性状所组成的多变量FD结果无法给出清晰合理的解释,文 中也并未列出三个演替阶段3种功能性状的分布。
作者简介
巫东豪, 男,博士研究生,浙江大学生命科学学院,主要从事生物多样性和生态系统功能的相关研究工作。
原文出处
Lasky, J.R., Uriarte, M., Boukili, V.K., Erickson, D.L., John Kress, W. & Chazdon, R.L. (2014) The relationship between tree biodiversity and biomass dynamics changes with tropical forest succession. Ecol Lett, 17, 1158-67.
转自:“群落生态学和生态系统生态学”微信公众号
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