《Science of The Total Environment》：Age-driven shifts in functional composition and diversity shape ecosystem service provision in agroforestry systems
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本研究针对热带地区农林系统(Agroforestry Systems, AFS)年龄对植物功能性状和生态系统服务的影响机制不明确的问题，通过分析亚马逊西部8个不同年龄AFS的植物功能性状和生态系统多功能性，发现随着系统年龄增长，植物功能性状向保守策略转变，生态系统多功能性显著提升，其中比叶面积(SLA)和根组织密度(RTD)等关键性状分别与土壤保护和水分调节功能密切相关。该研究为基于功能性状的农林系统优化设计提供了科学依据。
在热带地区，森林转作其他土地利用方式已引发社会-环境危机，削弱生态可持续性并危及养分循环和碳储存等关键生态系统服务。农林系统(Agroforestry Systems, AFS)作为毁林和传统农业的可持续替代方案被广泛推广，但其系统年龄如何影响植物生态策略和功能多样性，以及这些功能模式如何影响生态系统服务供应，仍不清楚。特别是在亚马逊地区，缺乏对地上和地下功能性状协调作用及其对生态系统多功能性影响的研究。
为解答这些问题，Anthony Barbosa等研究人员在《Science of the Total Environment》上发表了关于农林系统年龄驱动功能组成和多样性变化如何影响生态系统服务供应的研究。他们在巴西阿克雷州的Chico Mendes保护区选择了8个年龄为1-20年的农林系统，测量了与植物生态策略相关的10个功能性状，包括叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、木材密度(WD)、比根长(SRL)、根组织密度(RTD)等，并评估了作为生态系统服务代理的四大生态系统功能：初级生产力、土壤水分调节、土壤保护和营养库。
研究采用多维功能空间分析和生态系统多功能性评估等关键技术方法，通过对不同年龄AFS的功能性状测量、生态系统功能评估和统计分析，揭示了系统年龄对功能性状和生态系统服务的影响机制。
3.1. 分类多样性
研究共记录了26种植物，其中15种用于功能性状测量。最常见的栽培物种包括杯花木(Theobroma grandiflorum)、柑橘(Citrus sp.)、阿萨伊棕榈(Euterpe oleracea)和咖啡(Coffea sp.)。
3.2. 功能轨迹和生态策略随AFS年龄的变化
研究发现植物高度(H)和LDMC随系统年龄增加而显著增加，而叶面积(LA)减小。主成分分析显示，长期AFS倾向于保守策略(高根直径RD、RTD和LDMC)，而近期AFS与获取策略(高SLA、根尖数RT、SRL)相关。置换多元方差分析证实长期和近期AFS在地上功能性状和全性状集上存在显著生态分离。
3.3. 生态系统的功能动态
地上生物量、营养库功能和土壤保护功能随AFS年龄显著增强，有效功能数量和多功能性指数随系统年龄增加。功能身份分析显示，地上生物量与植物高度正相关，土壤水分调节与RTD正相关，土壤保护与SLA负相关，多功能性随植物高度和木材密度增加而提升。
3.4. 农林系统的功能多样性
仅地上功能分散度随AFS年龄增加而降低，其他功能多样性指数未受系统年龄显著影响。功能多样性指数与生态系统功能无直接关系，表明在AFS中功能身份比功能多样性对生态系统功能的影响更为重要。
研究表明，亚马逊东部农林系统中人为驱动的树木群落功能组成随系统年龄发生系统性变化，反映了从获取型向更保守生态策略的转变。随着AFS年龄增长，与土壤肥力、土壤稳定性、地上生物量储存和有效多功能性相关的生态系统功能得到改善。这些生态系统层面的功能变化支撑了与土壤质量调节和通过碳储存进行气候调节相关的生态系统服务，可能减少对外部投入的依赖并增强气候韧性。
研究结果强调了成熟农林系统在优化多种生态系统服务方面的潜力，使其成为热带地区可持续土地管理和气候适应的强大基于自然的解决方案。特别是，功能身份(如SLA和RTD等关键性状)在生态系统服务稳定性供应中发挥关键作用，而地上分散度随系统年龄降低反映了人为管理驱动的物种过滤。
这些发现为促进亚马逊地区可持续土地利用的公共政策提供了科学支持，包括巴西的国家气候变化政策(Lei 12.187/09)和联合国可持续发展目标(SDGs)，特别是零饥饿、可持续农业和气候行动目标。研究强调，在RESEX Chico Mendes背景下，AFS老化增强了内部营养循环，支持土壤质量调节的生态系统服务，可能减少对小农户的外部投入依赖。同时，地上生物量随时间增加反映了功能性保守性状的优势，通过更大的生物量积累对生态系统功能做出贡献，支持通过碳储存进行气候调节的生态系统服务。
该研究为基于功能性状的农林系统规划和政策制定提供了重要见解，特别是在退化热带地区的生态系统服务长期供应和韧性提升方面具有重要意义。
