群落物种多样性及生产力关系探究进展及展望

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1、群落物种多样性及生产力关系探究进展及展望摘要：阐述了了生产力与物种多样性的概念，综述了生产力与物种多样性关系研究的最新进展与争论。指出了物种多样性与生产力之间主要有3种关系模型：线性关系、单峰关系和不相关关系。分析了产生物种多样性与生产力关系不同形式的原因，并对未来物种多样性和生产力的关系发展方向进行了展望。关键词：物种多样性；生产力；关系中图分类号：Q948.15文献标识码：A文章编号：1674❷9944(2012)04令0011^041引言全球环境变化的成因及其后果，与各生态系统(生物圈)有着极其密切的关系，尤其是物种多样性和生态系统功

2、能的关系直接影响着环境的变化。在讨论生态系统功能与物种多样性之间的关系时，生产力又被认为是具有受生物多样性影响的一个重要的生态系统功能特征。因此应研究各种生态系统中物种多样性和生产力的关系，处理好两者的关系就可以快速提高生态系统生产力，从而达到改善生态环境，持续发展的目的。2物种多样性和生物生产力的概念物种多样性指某一生态系统中物种丰富度，又称生物多样性。物种多样性对生态系统功能作用的研究是生物多样性研究的核心领域之一。特别是群落或生态系统的结构和功能、生物多样性与生产力的关系问题是近年来群落生态学中研究的中心问题。其中群落的结构指标是群落

3、的物种组成,功能则指物质和养分循环、生物量和生产力等代表性指标。所以生态系统生产力水平是其功能的重要表现形式，而植物群落的生产力，即生态系统的初级生产力，是生态系统生产力的基础。生物生产力是指生物及其群体甚至更大尺度（包括生态系统及生物圈）生命有机体的物质生产能力，它随着环境的不同发生变化，因此，它又成为环境变化和地球系统健康与否的指示物。物种多样性是生态系统结构的一种度量，所以在某一地区，自然状态下物种变化引起生态系统生产力变化如果是正常的，则证明该系统处于健康状态；反之系统处于紊乱状态。因此研究群落物种多样性与生产力的关系对于阐明生物多

4、样性对生态系统功能的作用具有重要意义。3物种多样性与生产力的关系许多研究表明在自然群落中植物种多样性与生产力密切相关，其相关格局主要有线性关系（单调上升或下降）、单峰关系（中等生产力水平多样性最大）与不相关3种形式，但由于对3种关系的看法和解释各不相同且存在很大争议，因此，至今仍未得出一致的关于物种多样性与生产力之间关系的模式。3.1物种多样性与生产力呈线性关系目前对于多样性、生产力正效应的作用机理主要有两种解释：生态位互补和取样效应或者称为抽样效应。生态位互补是指不同物种在资源利用上存在差异，或物种间存在正的相互作用，表明物种多样性会导致

5、生态系统功能的优化。取样效应是指物种丰富的群落包含高产物种的可能性更大，而这些高产物种往往成为生态系统功能的主要贡献者。在关于混交林和纯林孰优孰劣的研究中，发现混交林的优越性除了表现在抗干扰能力较强外，其生产力也较高。如华南的马尾松纯林与由马尾松、藜葫榜组成的混交林相比,后者的生产力较高，而且其差异性明显。原因是混交林的生产结构更合理［1］。很明显，混交林的物种多样性比纯林要高。Tilman进行了CedarCreek多样性-生产力、可持续性实验。该实验采纳Givnish的建议。在生态条件一致的147块样地(3mX3m)±,用播种的方法建立分

6、别含有1、2、4、6、8、12、24种植物的群落。前5个丰富度水平的群落各有20个重复,12物种数群落有23个重复,24物种数群落有24个重复。每个群落的物种从一个具有24个北美草原植物种的物种库中随机选择产生。第2年,检测不同群落的盖度，以此作为群落生产力的指标;检测植物根区土壤中NO-3、NH+4浓度，以此衡量群落利用资源的能力；检测植物根区下土壤中N0-3.NH+4浓度，以此衡量群落的淋溶损失(leachingloss),并且在受人为控制的草地上选取具有不同物种丰富度的样地进行上述检测工作。实验结果显示：丰富度高的群落，生产力更高、土

7、壤中矿质资源利用得更充分、淋溶损失更少，即营养保持力更强oTilman的实验结果支持了关于物种多样性对系统生产力和可持续性存在正效应的假说［2］o然而,Huston认为是选择概率效应制造了上述结果。含有更多物种的群落具有更大的包含高产物种的可能性更大,而混合植物群落的生产力往往是由少数高产物种决定的。这样,从一个物种库随机抽取不同种构成的具有不同物种丰富度的群落，平均而言，物种丰富度越高其生产力就越高［3］。Naeem巧妙地设计了"生态箱”的实验来研究物种多样性与生态系统功能的关系。他在人为控制其环境的房间里,用互相隔离的小室构建陆生微宇宙

8、。在小室里，分别用9、15和31个物种组成一个多营养级的群落,低物种数的群落作为高物种数群落的子集，来模拟自然界中生态系统丢失部分物种的情况。该实验测定了5个生态系统过程:群落的