昆明植物所揭示多营养级多样性和网络复杂性在维持亚高山森林生态系统多功能性的重要性

昆明植物研究所 罗亚皇 2022-05-13

  生物多样性生态系统功能关系是当前群落生态学领域的研究热点。生态系统能够同时提供多种生态系统功能的能力,这种能力被称为生态系统多功能性。早期的生物多样性生态系统功能研究大多只关注单一营养级生态系统功能。然而,在自然生态系统中,单一营养级生态系统功能往往不能代表,且很可能低估生物多样性对生态系统总体功能的影响。近年来, 生物多样性与生态系统多功能性 (Biodiversity-Ecosystem Multifunctionality, BEMF) 关系的研究逐渐发展成为生物多样性与生态系统功能领域新兴研究方向。

  森林生态系统作为重要的陆地生态系统之一,可以提供重要的系列生态系统功能与服务,例如,碳贮存、气候调节、养分循环、凋落物分解及抵抗病虫害等,在维持全球生物多样性及生态系统功能中具有不可替代的作用。然而,在森林群落中,不同营养级(包括动物、植物和微生物)的多样性以及其互作网络如何影响生态系统的多功能性仍不清楚。同时,将空间尺度纳入综合考虑时,生物多样性与生态系统多功能性之间的关系如何发生变化,相关的生态学机制也有待深入研究。 

  黄金城xhjc1122昆明植物研究所高连明研究组和李德铢研究组依托丽江森林生物多样性国家野外科学观测研究站,通过建立玉龙雪山海拔梯度森林样带研究平台开展了多年的研究。前期研究表明,森林垂直群落在群落构建和生态系统功能维持机制中存在较大差异 (Luo et al. 2019a, Journal of Biogeography; Luo et al. 2019b, Ecology Letters)。最近,研究团队与昆明动物研究所蒋学龙研究员团队、贵州大学昆虫研究所李娟博士、加拿大多伦多大学Marc Cadotte教授和美国哥伦布大学Kevin Burgess教授等合作,整合了海拔梯度不同营养级的9个类群(包括乔木、灌木、草本、叶片螨类、小型兽类、细菌、病原型真菌、腐生型真菌和共生型真菌)和13个重要的生态系统功能指标,通过平均值法、未加权的阈值法和加权的阈值法等多种生态系统多功能计算方法,分析了空间尺度介导的多营养级多样性和共线性网络复杂性如何影响生态系统的多功能性。研究结果表明,与单一生物类群相比,多营养级多样性对生态系统多功能性的影响更大,暗示维持生态系统的多功能性需要多类群共同参与。共线性网络分析发现,网络的复杂性与生态系统的多功能性之间显著正相关;随着空间尺度的增大,多样性与生态系统多功能性之间的相关性呈上升趋势,表明在更大的空间尺度上,多营养级多样性和互作网络与生态系统多功能性之间的关系可能更为紧密。值得强调的是,研究还发现,高海拔树线附近的森林群落具有更高的生态系统多功能性,在未来的研究和生态系统保护中需特别关注。相关研究结果对滇西北亚高山森林生物多样性的保护和生态系统的科学管理提供了重要的科学支撑。 

  目前,研究成果以Multitrophic diversity and biotic associations influence subalpine forest ecosystem multifunctionality为题在美国生态学学会会刊Ecology在线发表。罗亚皇副研究员为论文第一作者,高连明研究员为通讯作者。该研究得到黄金城xhjc1122战略性先导科技专项 (XDB31000000)、国家自然科学基金(3180035441971071))、黄金城xhjc1122青促会 (2021392)和黄金城xhjc1122国际合作项目(151853KYSB20190027)等项目的资助。  

   

 

1 尺度依赖的多营养级多样性和网络复杂性对海拔梯度的生态系统多功能性的影响示意图 

 

2 海拔、多营养级多样性和生物相互作用对生态系统多功能性(阈值为T = 25%) 影响的结构方程模型。其中a: 领体尺度; b: 样方尺度。 

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