近年来,由于林地开发和商品林建设等原因,我国亚热带地区大量天然林和次生林经皆伐改造为林分结构简单、树种单一的人工林.氮(N)素是维持森林植被生长和系统初级生产力的重要因子,土壤微生物驱动了森林土壤N转化的关键过程.然而,目前亚热带森林转换对土壤N转化微生物群落的影响仍不清晰.以湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站内典型次生林(CS)及由其转换而成的油茶(YC)、黄桃(HT)、杨梅(YM)和杉木(SM)四种人工林为研究对象,采用实时荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了各林分土壤性质、固N菌和氨氧化微生物功能基因丰度、群落特征及相互关系,旨在探讨亚热带森林转换后土壤N转化关键过程(固N和氨氧化作用)的功能微生物群落变化及驱动因素.结果表明:森林转换显著改变了土壤碳(C)、N含量,降低了土壤nifH基因丰度、固N菌和氨氧化细菌的群落α多样性,但提高了氨氧化微生物amoA基因丰度和氨氧化古菌的群落α多样性;并且,森林转换通过改变各功能微生物优势菌群(如变形菌、蓝细菌、泉古菌和奇古菌等)的相对丰度,显著影响了土壤固N菌和氨氧化微生物的群落组成;冗余分析和结构方程模型表明,土壤有机碳、全氮、铵态氮含量和pH是驱动土壤固N菌和氨氧化微生物群落变化的关键因素.森林转换后,合理的施肥方式有利于人工林土壤固N菌和氨氧化微生物的群落恢复.研究结果为转换后单一人工林土壤养分恢复、生产力的提高和可持续经营提供了科学依据.

生态系统多功能性(EMF)是指生态系统能够提供多种服务和功能的能力.放牧是草地资源实现开发和利用的主要途径之一,但草地EMF对放牧干扰的响应尚不明确,且其驱动因子仍不清楚.以天山北坡中段草地生态系统为研究对象,基于野外植物群落调查和室内土壤理化性质分析以及微生物高通量测序,探讨轻度放牧、重度放牧和未放牧处理下草地EMF的变化规律.结果表明,(1)相较于重度放牧,轻度放牧显著提高草地生产力、土壤碳养分、土壤氮养分、土壤磷养分、土壤钾养分等生态系统单一功能以及多功能性(P＜0.05).(2)线性拟合结果表明,草地生态系统单功能和多功能性与植物Shannon-Wiener指数、土壤细菌Shannon-Wiener指数、土壤真菌Shannon-Wiener指数、土壤含水量之间呈显著正相关关系(P＜0.05),与土壤容重呈显著负相关关系(P＜0.05).(3)通过结构方程模型总体来看,放牧能够直接对EMF产生负向效应,也可通过植物多样性和土壤细菌多样性及其二者之间的相互作用间接地对EMF产生负向效应,并且同时考虑多个生态系统功能对放牧的响应可以更好的反映整个生态系统的变化.研究强调了植物群落多样性和土壤微生物群落多样性对维持草地生态系统功能及多功能性的重要性,轻度放牧处理是更好地保护生物多样性及维持草地EMF的可行策略,该结果揭为合理制定天山北坡中段草地生态系统的可持续经营和管理提供了理论参考.

理解生物多样性对生态系统功能及稳定性的影响对于制定有效的保护管理策略有重要意义.然而,目前生物多样性与群落生产力、稳定性的关系仍存在争议.在鄱阳湖湿地布设30个采样点,于2019年秋季开展大型底栖无脊椎动物群落野外调查.基于底栖动物群落数据,采用广义加性模型分析物种、谱系、功能多样性对鄱阳湖湿地底栖动物群落次级生产力与稳定性的影响.结果表明:底栖动物群落的次级生产力与反映物种多样性的指数(Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数)、分类多样性指数、平均分类差异指数、功能丰富度指数等呈显著的负相关,其中Pielou均匀度指数与次级生产力的相关度最高(r2=0.33).功能多样性对群落次级生产力的空间分异有最高的解释度(r2=0.75).P/B值(次级生产力与生物量之比代表群落稳定性)与物种、谱系、功能多样性指数均呈正相关,其中功能丰富度与P/B值的相关度最高(r2=0.22).反映物种多样性的三个指数总体上对P/B值的空间分异解释度最高(r2=0.37).谱系多样性与次级生产力、P/B值的相关性相对较弱.生物多样性指数总体分别解释了次级生产力和群落稳定性中81.9％、54.8％的变异.上述研究结果表明,生物多样性与群落生产力、稳定性的关系可能因具体的生物群落而异.研究结果对于鄱阳湖湿地的底栖生物多样性保护有参考价值.

[目的]为探究短期增温和降水减少对沙质草地植物群落物种多样性、功能性状及生产力的影响,进一步揭示沙质草地植物群落特征对气候变化的响应.[方法]以科尔沁沙质草地植物群落为研究对象,利用开顶式生长室(OTC)模拟增温,研究降水减少0％、20％、40％和60％与增温的交互作用对沙质草地群落组成、物种多样性和功能性状的影响及群落特征与环境因子关系.[结果](1)短期增温和降水减少使沙质草地植物群落组成和物种优势度发生变化,其中优势物种猪毛蒿和达乌里胡枝子重要值显著降低,植物群落盖度和地上生物量显著降低.(2)短期增温显著降低Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数、Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数;短期降水减少对沙质草地物种多样性指标均无显著影响.(3)短期增温显著提高植物群落高度和叶干物质含量,显著降低叶片厚度;短期降水减少显著提高叶干物质含量和叶片厚度,显著降低植株高度和比叶面积.(4)短期增温是影响沙质草地物种多样性和功能性状的主要环境因素.[结论]短期增温和降水减少改变沙质草地群落特征,而且温度是影响沙质草地群落特征的主要环境因子.

近年来,在气候变化与人为干扰等因素的驱动下,高寒湿地退化导致生物多样性的丧失如何影响生态系统功能尚无共识.以黄河首曲高寒湿地为研究对象,基于野外采样数据和植物群落多样性指数,重点分析植物物种多样性、地上生物量空间分布格局及其与土壤因子关系.结果表明:首曲湿地存在一定程度退化,植物群落组成主要集中在菊科和禾本科,莎草科和豆科植物较少;植物群落物种多样性和地上生物量未表现出显著的经纬度和海拔梯度变化;Patrick丰富度指数(R)和Shannon-Weiner多样性指数(H)与地上生物量呈显著正相关,说明保护区植物多样性的保护有利于生产力维持;土壤含水量影响着高寒湿地植被群落结构,与多样性指数呈显著相关性,是高寒湿地植被恢复和重建的关键性因子.该研究结果对于认识黄河首曲高寒湿地植物生物量和物种多样性及土壤因子的空间分异规律具有一定的参考价值,同时为高寒湿地退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护提供科学依据.

生态系统的结构和功能是生态学研究的核心内容.早期基于野外调查的生态学研究强调生产力表征的环境梯度对生态系统结构的影响,而基于控制试验的生态学研究则强调生态系统结构变化对生态系统功能的影响.围绕这两类研究所支持理论间的争论是当前生态学的前沿、热点和难点,其中最具代表性的科学问题是生物多样性与以生产力为代表的生态系统功能间是否存在一般性关系.为深入了解生物多样性-生产力关系研究脉络,分析其对生态学研究范式与理论发展的影响以及对未来研究方向的启示,以Web of Science核心合集数据库中的相关文献为数据源,结合文献计量分析和文献综述,系统总结了多样性-生产力关系研究进展.结果表明:(1)生物多样性-生产力关系研究推动了生态学研究范式由以样带调查为主的观察性研究向以控制试验为主的实验性研究的转变,促进了全球联网控制试验研究的发展.(2)研究聚焦的生态系统类型由最初的北美普列利草原逐渐向其它草地、灌丛、森林等多样的生态系统过渡,研究结论及其生态学理论的普适性逐渐增强.(3)该研究推动了对生物多样性不同维度(如功能多样性和系统发育多样性)在生态系统中作用的认识,促进了学界对除生产功能外的生态系统多功能性的关注.(4)不同学术团体在研究方法和理论认识上均存在差异,特别是在以北欧与美国为主的合作网络间,阻碍了生态学理论间的交流与融合,是导致生物多样性-生产力关系长期存在争议的潜在原因.建议未来探索不同机制的适用边界以及影响其作用强度的外界因素,在统一框架下整合不同理论,进而理解生态系统结构与功能间的一般性关系.

生物多样性与生态系统功能的关系(BEF)及其内在机制是当前生物多样性研究领域的热点问题.长期以来,以草地生态系统为主的BEF研究积累了大量研究成果,而基于森林生态系统的相关研究则相对较少.亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究基地(BEF-China)是目前包含树种最多、涉及多样性水平最高的大型森林控制实验样地.该文总结了基于BEF-China平台的研究进展,特别是生物多样性对生态系统生产力、养分循环以及多营养级相互作用关系等方面的影响,并提出了未来BEF-China的研究应注重高通量测序和遥感等新兴技术的应用,在生物多样性的多维度、生态系统的多种组分与多种功能以及BEF研究的多种尺度等交叉方向上持续开展深入研究.针对BEF-China研究成果的梳理有助于理解驱动亚热带森林生物多样性与生态系统功能关系的内在机理,为生物多样性保护和生态修复提供科学依据.

划破是草原改良的基础措施之一,划破强度是划破措施的关键环节,划破对草原健康持续管理有重要意义.目前的研究主要集中在划破对植物群落结构和生产力的影响上,然而草原植物群落与土壤水分对划破强度的响应尚不清楚.在黄土高原典型草原开展不同程度的草地划破试验,探究不同划破强度(27.4％、46.3％和61.9％)对草地植物群落物种多样性、生物量和土壤水分的影响.结果表明:3个划破强度下划破带物种丰富度显著低于未划破带1-3种/m2,划破带和未划破带群落相似性分别低于整区23.85％—119.23％和44.43％—84.55％.地上生物量随物种丰富度的增加而增大,且地上生物量与Simpson指数和Shannon Weiner指数显著负相关.3个划破强度下未划破带地下生物量和总生物量分别高于划破带88.2％—134.6％、52.4％—67.8％、2.5％—16.6％和 103.9％—152.9％、59.3％—75.8％、9.1％—22.6％.植物群落物种丰富度和地上生物量随划破强度的增加呈"驼峰"型曲线变化,当划破强度分别为43.7％—55.3％和43.8％—45.7％时,植物群落物种丰富度和生物量均最高.本试验阐明了划破对典型草原植物群落特征和土壤水分的作用机制,研究结果为采用划破措施实现草地培育和草原修复提供了科学依据,对保护草地生物多样性和提高生产力具有重要意义.

草地群落特征和生产力反映草地对环境的适应,影响草地生态系统的稳定性、物质循环、能量流动和第二性生产. 为了解贵州韭菜坪山区天然草地群落特征和生产力在垂直梯度上的变化规律,以4个不同海拔梯度(2385m、2503m、2553m和2648m)天然草地为研究对象,通过野外植物群落调查,采用样方法、刈割法和数据处理探讨不同草地群落的物种组成、 密度、盖度、生物多样性、地上生物量、载畜量及它们与海拔之间的关系. 结果表明,4个草地群落植物共有27种,隶属于16科27属. 随海拔升高,各草地群落物种数目由14种降低到5种,群落优势种(含共优势种)的密度分别为113.70、237.30、155.00、32.34株/m2,盖度分别为88.60％、87.10％、89.70％和63.60％,生物量分别为2597.40、3851.90、3274.90、387.70 kg/hm2, 草地载畜量分别为2.16、2.72、1.64、0.13羊单位/hm2. 此外,物种数目、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数、Simpson多样性指数随海拔升高均呈现逐渐减小的趋势;草地群落随海拔升高的Cody多样性分别为10.00、7.00、7.50;物种数目S、Margalef丰富度指数和Simpson多样性指数与海拔高度均呈负二次函数关系. 因此,可对中低海拔(2 500 m以下)草地采取划区轮牧或季节性轮牧,对高海拔草地(2 500 m以上)采取禁牧或少牧的方式,以保证该区域草地生态系统的生物多样性和稳定性. (图1 表5 参33)

全球变化和人类活动导致物种生境的萎缩,造成很多植物种群数量缩减,遗传多样性快速丧失.对于物种多样性低的生态系统,优势种的遗传多样性可能比物种多样性对生态系统功能产生更大的影响.因此,了解遗传多样性和生态系统功能的关系(GD-EF)及其机制对生物多样性保护、应对环境变化和生态修复具有指导意义.该文综述了植物遗传多样性对生态系统结构(高营养级生物群落结构)和生态系统功能(初级生产力、养分循环和稳定性)的影响及机制、功能多样性对GD-EF的影响、遗传多样性效应和物种多样性效应的比较,以及GD-EF在生态修复等实际应用的研究进展.最后指出当前研究的不足之处,以期为后续研究提供参考:1)还需深入研究GD-EF机制;2)未评估遗传多样性对生态系统多功能性的影响;3)不同遗传多样性测度对生态系统功能的影响不明确;4)缺少长期的和多空间尺度结合的GD-EF实验;5)遗传多样性效应相对于其他因子的作用不清楚.