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。     

Functional diversity and redundancy of subalpine meadows subjected to anthropogenic disturbances

人为干扰下的亚高山草甸功能多样性和功能冗余 人为干扰程度的加剧会引起植物群落物种多样性和功能多样性的改变,并降低生态系统的稳定性。较高水平的功能冗余对于物种损失引起的生态系统功能和稳定性的改变起到了重要的缓冲作用。然而,关于亚高山草甸植物群落功能冗余对干扰的响应的研究相对较少。本研究的目的是,确定人为干扰下不同退化程度的亚高山草甸,其植物群落功能多样性和功能冗余对干扰的响应特征,及不同物种对功能冗余的贡献程度及其在干扰梯度上的变化规律。研究区位于青藏高原东南缘玉龙雪山上的亚高山草甸。本研究识别出4类干扰强度(无干扰、弱干扰、中度干扰和重度干扰),测定了干扰梯度上的植物物种组成、土壤性质和5个关键的植物功能性状等指标,进一步计算了Simpson多样性指数、功能多样性指数(RaoQ)、功能冗余度、群落的植物功能性状加权平均值(CWM)以及物种水平的功能冗余等指数。研究结果表明,功能多样性和功能冗余在干扰梯度上呈现单峰变化规律,即二者分别在中度干扰、弱干扰下达到最大值。物种多样性在干扰梯度上整体呈下降趋势。随着干扰程度的增加,采取保守生长策略并具有相关性状特征(如较低比叶面积和较高的干物质含量)的物种的丰富度降低,采取资源获取策略并具有相关性状(如低矮植株、较高的比叶面积和较低的干物质含量)的物种增加。不同物种的功能冗余程度存在差异。值得注意的是,一些物种在群落中扮演着独特的功能角色,如无干扰梯度下的网脉橐吾(Ligularia dictyoneura)以及中度和重度干扰梯度下的滇西委陵菜(Potentilla delavayi)。     

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。     

井冈山鹿角杜鹃群落灌木层功能多样性及其随海拔梯度的变化

研究植物群落功能多样性沿环境梯度的变化可以揭示功能多样性与生态系统功能间的关系及维持机制。以井冈山地区鹿角杜鹃（Rhododendron latoucheae）群落为研究对象,通过调查不同海拔梯度群落灌木层植物的物种组成与结构特征,研究了该群落类型灌木层植物的物种多样性、功能多样性、环境因子的特征及其相互之间的关系。结果表明：1）群落类型灌木层植物物种多样性和功能多样性沿海拔梯度呈现不同的变化趋势。物种多样性指数均随着海拔的升高呈减小趋势,而功能多样性指数的变化却较为复杂。其中FRic、FEve和FDis随着海拔的升高显著减小,FDiv和Rao却随海拔的升高而增加;2）群落中物种多样性和功能多样性呈现复杂的相关性。FRic、FEve与丰富度指数呈显著正相关,而Rao、FDis、FDiv与Simpson优势度指数呈线性相关关系,且具有显著相关性;3）群落所分布的坡位及土壤氮与磷含量等环境因子对灌木植物的功能多样性有着重要的影响。鹿角杜鹃群落灌木层植物的物种多样性和功能多样性的相互关系及其对环境变化的响应共同决定了群落的生态系统功能。     

长期封育演替下典型草原植物群落生产力与多样性关系

封育是退化草地的重要恢复措施, 理解长期封育过程中草地群落生产力和植物多样性变化特征及两者间关系, 有助于草地植被的恢复管理与利用。该研究依托宁夏云雾山国家级自然保护区典型草原长期封育演替梯度, 选择持续放牧、封育9年、26年和34年的草地群落作为研究对象, 分析其地上生产力、物种多样性和功能多样性的变化特征及内在联系。结果表明, 封育显著提高典型草原植物群落的地上生产力、凋落物生物量、功能丰富度和功能离散度, 未改变草地群落的物种丰富度、Shannon-Wiener指数和功能均匀度, 但Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数在长期封育(34年)后显著下降。此外, 封育对不同植物群落加权平均功能性状的影响存在差异。随机森林模型和方差分解结果显示, 群落加权平均功能性状对封育草地群落地上生产力变异的解释度高达70.70%, 其中植株高度是最主要的解释因子; 功能多样性的解释度为36.86%, 主要由功能丰富度贡献; 而物种多样性的解释度仅为14.72%。由此可见, 植物功能性状和功能多样性对草地群落地上生产力的贡献远高于物种多样性, 建议将其纳入植物群落恢复演替动态研究, 以便全面了解植物多样性与生态系统功能的关系, 为更好地实现生态恢复目标奠定基础。     

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。     

植物群落功能多样性计算方法

以性状为基础的功能多样性指数在预测生态系统功能中起到越来越重要的作用.本文对近年来陆续出现的植物群落功能多样性指数进行综述.依据物种多样性指数的组成,功能多样性指数分为功能丰富度、功能均匀度和功能离散度指数.介绍了这3类指数的计算方法,有助于更好、更准确地理解“生物多样性-环境-生态系统功能”的关系.     

城市生物多样性分布格局研究进展

城市生物多样性分布格局由自然生态环境和城市化过程所决定;其动态和机理与自然生态系统迥然不同.城市生物多样性为城市生态系统提供了诸多生态系统功能和服务,对改善城市环境、维持城市可持续发展有着重要的意义和作用.城市化过程深刻改变了城市的生物多样性分布格局,导致了诸如本地物种多样性降低、外来物种多样性增加、物种同质化等一系列问题.近年来,城市生物多样性受到学界高度关注,大量研究结果既回答了一些关键性问题,又提出了诸多新的论题和挑战.分析了当前城市生物多样性分布格局研究的若干热点问题,总结了影响城市生物多样性格局的主要因素,探讨了城市生物多样性格局研究方法的关键问题,指出了未来城市生物多样性研究的发展方向,特别强调了城市生物多样性的生态系统功能研究在未来城市生物多样性研究中的重要地位.     

高寒草地植物物种多样性与功能多样性的关系

物种多样性与功能多样性的关系是生态学当前研究的热点问题之一,不同区域典型生态系统物种多样性和功能多样性的关系研究有利于生物多样性保护理论的全面发展。以青藏高原地区的主要草地生态系统—高寒草甸和高寒草原为研究对象,采用4个物种多样性指数(Patrick丰富度指数、Shannon-Weiner多样性指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数)和9个功能多样性指数(FAD功能性状距离指数、MFAD功能性状平均距离指数、基于样地的FDp和基于群落的FDc功能树状图指数、FRic功能体积指数、FEve功能均匀度指数、Rao功能离散度常二次熵指数、FDiv功能离散指数、FDis功能分散指数),分析了高寒草地植物物种多样性、功能多样性关系及其与初级生产力的关系,以期阐明3个科学问题:不同草地类型的高寒草地生态系统植物物种多样性和功能多样性有何差异?高寒草地生态系统的植物物种多样性和功能多样性有何关系?高寒草地生态系统物种多样性、功能多样性对生态系统功能的影响有何异同?研究结果表明:(1)与高寒草原相比,高寒草甸具有更高的物种多样性、功能丰富度和功能离散度;(2)高寒草甸中,Patrick丰富度与功能丰富度指数(FAD、MFAD、FDp、FDc)和功能离散度指数(FDiv)的具有较强的相关性,最优拟合方程分别为幂函数和二次多项式函数;(3)高寒草原中,Patrick丰富度与功能丰富度指数(FAD、MFAD、FDp、FDc、FRic)、Shannon指数和Simpson指数与FEve指数的相关性较强,最优拟合方程为二次多项式函数,Pielou指数与FEve指数的相关性较强,最优拟合方程为指数函数;(4)高寒草甸的初级生产力分别与物种丰富度指数Patrick、功能离散指数FDiv具有较强的相关性;而高寒草原的初级生产力与4个物种多样性指数间均具有较强的相关性,与功能离散指数FDiv具有较强的相关性,最佳拟合方程均为二次多项式函数。研究的总体结论为:物种多样性、功能多样性、二者之间的关系以及二者与生态系统服务功能(以初级生产力为例)之间的关系在高寒草甸和高寒草原群落中表现迥异,因此在研究青藏高原高寒草地的生态功能时,不能仅仅测度传统的物种多样性,还应测度与物种多样性、生态功能密切相关的功能多样性。     

氮添加对宁夏荒漠草原植物初级生产力的影响机制

许多研究探索了与全球变化相关的生态系统功能的变化,但对生态系统功能变化的机制与途径了解较少。初级生产力是生态系统功能的重要组分,但关于氮(N)添加下荒漠草原植物群落初级生产力如何变化以及变化机制尚未明确,N是否通过影响生物多样性来影响荒漠草原初级生产力?为此,本研究在荒漠草原开展了为期4年的N添加控制实验(2018—2021年),试验处理包括对照和4个N添加水平(5、10、20和40 g m^-2 a^-1),研究了N添加对荒漠草原物种多样性、功能多样性、初级生产力及其关系的影响。结果表明：(1)N添加处理(2018—2021年)改变了植物物种多样性及功能多样性,但年际间变化趋势不同。N添加处理第四年(2021年)荒漠草原植物功能多样性(Rao指数)、群落加权平均值-株高、功能均匀度和功能离散度均显著增加,而荒漠草原植物物种丰富度和Shannon-Wiener指数均显著降低。(2)N添加可以通过影响物种丰富度和功能多样性进而间接地促进荒漠草原初级生产力,但群落加权性状值-株高对初级生产力的影响是正效应,而物种丰富度和功能离散度对初级生产力的影响是...     

植物功能性状、功能多样性与生态系统功能: 进展与展望

植物功能性状与生态系统功能是生态学研究的一个重要领域和热点问题。开展植物功能性状与生态系统功能的研究不仅有助于人类更好地应对全球变化情景下生物多样性丧失的生态学后果,而且能为生态恢复实践提供理论基础。近二十年来,该领域的研究迅速发展,并取得了一系列的重要研究成果,增强了人们对植物功能性状-生态系统功能关系的认识和理解。本文首先明确了植物功能性状的概念, 评述了近年来植物功能性状-生态系统功能关系领域的重要研究结果, 尤其是植物功能性状多样性-生态系统功能关系研究现状; 提出了未来植物功能性状与生态系统功能关系研究中应加强植物地上和地下性状之间关系及其与生态系统功能、植物功能性状与生态系统多功能性、不同时空尺度上植物功能性状与生态系统功能, 以及全球变化和消费者的影响等方面。     

Functional diversity (FD), species richness and community composition

Functional diversity is an important component of biodiversity, yet in comparison to taxonomic diversity, methods of quantifying functional diversity are less well developed. Here, we propose a means for quantifying functional diversity that may be particularly useful for determining how functional diversity is related to ecosystem functioning. This measure of functional diversity “FD” is defined as the total branch length of a functional dendrogram. Various characteristics of FD make it preferable to other measures of functional diversity, such as the number of functional groups in a community. Simulating species' trait values illustrates how the relative importance of richness and composition for FD depends on the effective dimensionality of the trait space in which species separate. Fewer dimensions increase the importance of community composition and functional redundancy. More dimensions increase the importance of species richness and decreases functional redundancy. Clumping of species in trait space increases the relative importance of community composition. Five natural communities show remarkably similar relationships between FD and species richness.     

淡水鱼类功能多样性及其研究方法

目前,群落功能多样性备受生态学界关注,被认为是能解决生态问题的一种重要途径。我国对于群落功能多样性主要集中在植物群落和微生物群落,而在鱼类群落方面的研究几乎是空白。我国鱼类资源正面临着严重威胁,包括水坝建设导致的鱼类通道受阻、水库形成造成鱼类产卵场功能消失、过度捕捞、水质恶化和富营养化加重、外来种入侵等因素,导致渔业资源急剧衰退,水生生态系统功能下降。以淡水鱼类群落为例,对鱼类功能多样性的数据获取及处理分析与评价、测定指标及计算方法与研究难点等进行综述,以期为鱼类资源保护提供新的理论依据和切入点。     

Biodiversity as a solution to mitigate climate change impacts on the functioning of forest ecosystems

Forest ecosystems are critical to mitigating greenhouse gas emissions through carbon sequestration. However, climate change has affected forest ecosystem functioning in both negative and positive ways, and has led to shifts in species/functional diversity and losses in plant species diversity which may impair the positive effects of diversity on ecosystem functioning. Biodiversity may mitigate climate change impacts on (I) biodiversity itself, as more‐diverse systems could be more resilient to climate change impacts, and (II) ecosystem functioning through the positive relationship between diversity and ecosystem functioning. By surveying the literature, we examined how climate change has affected forest ecosystem functioning and plant diversity. Based on the biodiversity effects on ecosystem functioning (B→EF), we specifically address the potential for biodiversity to mitigate climate change impacts on forest ecosystem functioning. For this purpose, we formulate a concept whereby biodiversity may reduce the negative impacts or enhance the positive impacts of climate change on ecosystem functioning. Further B→EF studies on climate change in natural forests are encouraged to elucidate how biodiversity might influence ecosystem functioning. This may be achieved through the detailed scrutiny of large spatial/long temporal scale data sets, such as long‐term forest inventories. Forest management strategies based on B→EF have strong potential for augmenting the effectiveness of the roles of forests in the mitigation of climate change impacts on ecosystem functioning.     

Functional trait diversity across trophic levels determines herbivore impact on plant community biomass

Understanding the consequences of trophic interactions for ecosystem functioning is challenging, as contrasting effects of species and functional diversity can be expected across trophic levels. We experimentally manipulated functional identity and diversity of grassland insect herbivores and tested their impact on plant community biomass. Herbivore resource acquisition traits, i.e. mandible strength and the diversity of mandibular traits, had more important effects on plant biomass than body size. Higher herbivore functional diversity increased overall impact on plant biomass due to feeding niche complementarity. Higher plant functional diversity limited biomass pre‐emption by herbivores. The functional diversity within and across trophic levels therefore regulates the impact of functionally contrasting consumers on primary producers. By experimentally manipulating the functional diversity across trophic levels, our study illustrates how trait‐based approaches constitute a promising way to tackle existing links between trophic interactions and ecosystem functioning.     

Functional richness outperforms taxonomic richness in predicting ecosystem functioning in natural phytoplankton communities

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高寒草甸植物物种丧失对草原毛虫的影响

植物多样性是调控食物网结构和生态系统功能最重要的生物因素, 植物多样性丧失深刻影响食草动物, 但由于小型食草动物种群数量波动明显、统计随机性较大等困难, 我们对植物多样性丧失如何影响小型食草动物依然知之甚少。基于在青藏高原高寒草甸设置的长期植物物种剔除试验, 本研究于2016-2020年7-8月连续调查了植物物种剔除各处理中草原毛虫(Gynaephora alpherakiif)的数量, 分析了植物物种及功能群丧失对草原毛虫的影响。结果表明, 虽然时空差异及统计随机性是影响草原毛虫数量变化的主要因素, 但植物物种剔除介导的群落差异对草原毛虫数量的影响依然显著: (1)在各观测时段, 优势种线叶嵩草(Kobresia capillifolia)的丧失导致群落中草原毛虫数量显著减少; 禾草类物种丧失也会减少草原毛虫数量, 但其影响仅在8月显著; (2)杂类草物种丧失通过增加群落中禾草物种多度, 可增加草原毛虫数量; 豆科物种丧失使莎草增多, 也会增加草原毛虫数量; (3)各植物功能群部分物种剔除并未显著影响草原毛虫数量。本研究证实了高寒草甸中草原毛虫数量会因优势植物嵩草和禾草的多度减少或禾草物种丧失而显著减少, 但群落总生物量、个体数和物种丰富度、豆科多度以及各功能群植物同比减少, 都对草原毛虫数量没有明显影响。这些结果说明在随机作用主导下, 植物群落中的特定功能群相对多度(而非物种多样性)变化深刻影响草原毛虫适合度, 进而影响生态系功能及服务; 未来生物多样性研究及草地虫害生物防控中应更多考虑统计随机性及植物功能多样性对小型食草动物的影响。     

The importance of rare species: a trait‐based assessment of rare species contributions to functional diversity and possible ecosystem function in tall‐grass prairies

The majority of species in ecosystems are rare, but the ecosystem consequences of losing rare species are poorly known. To understand how rare species may influence ecosystem functioning, this study quantifies the contribution of species based on their relative level of rarity to community functional diversity using a trait‐based approach. Given that rarity can be defined in several different ways, we use four different definitions of rarity: abundance (mean and maximum), geographic range, and habitat specificity. We find that rarer species contribute to functional diversity when rarity is defined by maximum abundance, geographic range, and habitat specificity. However, rarer species are functionally redundant when rarity is defined by mean abundance. Furthermore, when using abundance‐weighted analyses, we find that rare species typically contribute significantly less to functional diversity than common species due to their low abundances. These results suggest that rare species have the potential to play an important role in ecosystem functioning, either by offering novel contributions to functional diversity or via functional redundancy depending on how rare species are defined. Yet, these contributions are likely to be greatest if the abundance of rare species increases due to environmental change. We argue that given the paucity of data on rare species, understanding the contribution of rare species to community functional diversity is an important first step to understanding the potential role of rare species in ecosystem functioning.