生物多样性与生态系统功能

摘要

物种多样性是生态系统生产力、稳定性、入侵性和营养动态的主要决定因素。数百项涉及陆地、水生和海洋生态系统的研究表明,高多样性混合物的生产力大约是同一物种单一栽培的两倍,而且这种差异随着时间的推移而增加。更高多样性的这些影响有多种原因,包括种间互补性、更多地利用有限资源、减少食草动物和疾病,以及长期增加营养储存和供应率的营养循环反馈。这些实验观察到的多样性影响与基于各种理论的预测一致,这些理论有一个共同的特点:所有这些理论都有基于权衡的机制,允许许多不同的竞争物种长期共存。多样性丧失的影响与食草动物、火灾、干旱、氮添加、二氧化碳升高和其他环境变化驱动因素的影响一样大,甚至更大。保护、养护和恢复生物多样性应成为全球高度优先事项。

1.?引言

生物多样性现在被认为是群落和生态系统动态和功能的主要决定因素,也许是主要决定因素。这一发现需要来自世界各地的数百名生态学家进行20年的研究,代表着20世纪70年代至90年代范式的重大逆转。在许多方面,导致这一范式转变的数百项实验、众多理论探索和观测研究标志着解决生态学争论的证据标准的成熟。与早期一些在范式受到挑战时出现的生态辩论不同,生物多样性和生态系统功能的辩论不是通过修辞来解决的,而是通过连续几轮新数据和理论的发表来解决的。

根据自然历史观察和栖息地之间的定性比较,Elton()提出,更大的多样性会导致更大的生态系统稳定性,对外来物种入侵的抵抗力更强,疾病发生率更低。他的想法被广泛接受,但在20世纪70年代被搁置,因为生态学向更机械、定量、实验和理论的学科过渡。May()在GardnerAshby(0)工作的基础上,领导了这一转变,提出了许多数学理论,表明当模型具有更多的相互作用物种时,由多物种相互作用的微分方程模型的雅可比矩阵的主特征值定义的稳定性较低。单个物种在更高的生物多样性水平上不太稳定的理论证明引发了关于多样性对自然生态系统稳定性影响的辩论。文献综述(Goodman5)几乎没有发现多样性稳定性假说的定量证据,并得出结论,没有证据表明多样性和稳定性之间存在联系。McNaughton(7)为多样性稳定性假说的有效性进行了辩护,并断言生态学中的观点应该由经验证据而非理论来裁决。然而,梅理论的严谨性超过了当时缺乏的证据。在他的书的第二次印刷中,May(4)为这场辩论添加了一个替代方案,即即使种群稳定性较低,生态系统特性在更高的多样性下也可能更稳定。然而,20年来,这种可能性普遍被忽视。

生态学的重点随后转移到(a)使用实地实验和理论研究少数物种之间的相互作用,以及(b)研究单个物种的特征对生态系统过程的影响。受Hutchinson()的启发,研究人员开始


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