全球植物群落多样性-种群稳定性关系的度量指标解析与生态机制整合

《New Phytologist》:Reconciling links between diversity and population stability across global plant communities

【字体: 时间:2026年01月18日 来源:New Phytologist 8.1

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  本研究通过分析全球8000多个植被样方数据,揭示了植物多样性-种群稳定性关系的争议根源在于度量指标的选择:使用累积丰富度(cumulative richness)和丰度加权种群稳定性(WPCV)时呈现负相关,而采用平均丰富度(average richness)和非加权稳定性(UPCV)时则多为正相关。研究首次证实稀有物种的稳定性随多样性增加而提升,优势物种则相反,为调和长期生态学争论提供了关键证据(New Phytologist)。

  
Summary
生态稳定性维持对生态系统功能可持续性至关重要。理论预测植物多样性会 destabilize 局部种群,但实证研究结果存在显著差异。本研究通过对五大洲>8000个永久植被样方的分析,发现当采用丰度加权种群稳定性指标(更易受优势种影响)时,多样性-稳定性呈现负相关;同样,累积丰富度(反映物种时间周转)比年均丰富度显示出更强的 destabilizing effect。结果表明特定度量指标的选择会揭示更多物种及其伴随的种间竞争加剧对全球自然生态系统种群稳定性的负面影响。
Introduction
多样性-稳定性关系是生态学核心争论议题。早期理论认为复杂生态系统更具稳定性,但后续理论证明多样性可能产生 destabilizing effect。研究表明植物多样性在群落水平增强生产力时间不变性(community stability),但在种群水平降低稳定性(population stability)。当前共识是物种多样性增加群落稳定性,但关于种群稳定性的争论持续存在,特别是实证研究中正负结论并存。
这种不一致性可能源于植物多样性和种群稳定性度量指标捕获的生态过程差异。种群稳定性常通过种群丰度变异系数倒数评估,后续发展为群落内物种稳定性的非加权均值(unweighted mean population stability)。理论发展表明群落稳定性更接近加权平均种群稳定性(weighted mean population stability),因为优势种的稳定性驱动整体群落模式。加权与非加权稳定性关键区别在于后者对优势种赋予更高权重,而优势种通常表现出更高稳定性,符合泰勒幂法则描述的平均丰度与方差缩放关系。
物种多样性估算方式同样存在差异:累积丰富度包含所有观测年份出现的物种,更好地反映潜在共存物种库;平均丰富度表征典型共现物种数量。数学约束表明累积丰富度与平均丰富度的比值代表时间周转率,与种群稳定性存在理论关联。此外,气候条件、干扰机制等生物非生物因素也会调节多样性-稳定性关系。
Materials and Methods
研究使用LOTVS数据库的88个数据集,涵盖8243个自然半自然植被样方,跨越森林、草地、灌丛等植被类型。种群稳定性计算采用丰度变异系数,分别计算非加权和加权平均值。物种按相对丰度划分为优势种、从属种和稀有种。多样性指标包括平均丰富度和累积丰富度,时间周转率计算为两者比值。通过线性混合模型和元回归分析指标选择对相关性系数的影响,并评估环境因子的调节作用。
Results
多样性-种群稳定性关系强烈依赖于度量指标选择。平均丰富度与非加权稳定性呈正相关,而与加权稳定性呈负相关。累积丰富度与两种稳定性指标均显示负相关,且与加权稳定性负相关更强。时间周转率与非加权稳定性呈现强烈负相关。稀有种种群稳定性与平均丰富度正相关,而从属种类似;优势种稳定性与累积丰富度负相关。多样性-非加权稳定性关系主要由稀有种驱动,而加权稳定性关系受优势种主导。环境因子分析表明仅平均丰富度对非加权稳定性关系产生显著正向影响。
Discussion
研究通过揭示度量指标的 emerging properties 调和了多样性-种群稳定性关系的争议。累积丰富度负相关源于其包含更多波动性 transient species,反映种间竞争动态;平均丰富度正相关可能与稀有种种群规模增加有关,暗示促进作用或生态位互补。优势种稳定性降低可能源于竞争稀释效应,从属种种群规模保持稳定。植物-真菌共生特别是丛枝菌根真菌可能通过减少适合度差异促进共存,这一机制在草地系统更为显著。
研究首次证实不同物种类群对多样性-稳定性关系的贡献差异,为机制理解提供新视角。尽管指标选择解释部分变异,剩余变异提示土壤特性、微生物互作等未测量因子的重要性。研究强调需要结合丰富度指标与生态背景的整合方法,未来研究应聚焦于识别使多样性-稳定性关系更可预测的生态条件。
Conclusions
本研究首次系统解析自然群落中不同多样性稳定性指标的联合效应,证明通过考量指标影响可部分调和既往研究矛盾。发现对理解多样性-稳定性争论具有重要价值,并为基于生态机制的保护策略制定提供科学依据。
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