多样性效应和补偿动力学驱动温带古老森林的生产力和稳定性

IF 5.3 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Journal of Ecology Pub Date : 2024-08-27 DOI:10.1111/1365-2745.14391

Jiri Dolezal, Pavel Fibich, Jan Altman, Koichi Takahashi, Toshihiko Hara

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摘要

了解初级生产等生态系统功能的稳定机制对于预测全球环境反应至关重要。虽然生物多样性有望通过对环境变化的补偿反应增强稳定性，但目前还缺乏经验证据，尤其是在对生物多样性保护和减缓气候变化至关重要的古老森林中。此外，增加生态位互补性和种内竞争强于种间竞争是否是促进多样性森林补偿动态和稳定生态系统功能的关键机制，目前仍未得到探讨。本研究从群落和个体层面调查了温带古老森林 20 年来的生产力和稳定性。结构方程模型分析了日本北部一块 4 公顷小区内的 4380 棵树，其中有超过 35 个树种，评估了生物多样性和物种波动的平均异步性（补偿动态）对 100 平方米网格四分区生产力稳定性的影响。功能特征和分类多样性代表了物种互补性和保险效应。同种和异种邻近物种之间的时间生长相关性以及邻近物种对生长表现的影响表明了个体水平上的种内和种间相互作用。稳定性较高的群落表现出较高的多样性和不同步的物种波动，这表明补偿动态可缓冲群落生产力对环境变异的影响。树木大小变化与稳定性之间的反比关系表明，大小和丰度等级不明显的群落具有更有效的补偿机制，从而确保了森林功能的稳定。异种相邻植物之间的生物量生产没有时间上的负相关，这表明种间竞争在补偿动态中的作用有限。相反，同种相邻树种之间的正相关性及其在密集同种斑块中被抑制的生长突显了同种负密度依赖机制在维持树种多样性和确保稳定生产力方面的重要性。综述：这项研究强调了树种丰富度在世界上最多样化的温带森林中通过异步生长稳定生态系统功能的关键作用。比种间竞争更激烈的种内竞争有助于防止单一树种占主导地位，从而保持多样性和生产力的稳定性。尽管大小不对称的种间竞争偶尔会造成不稳定，但物种-性状互补性通过促进整体生物量生产而增强了稳定性。这项研究强调了整体多样性对森林生产力稳定性的重要性，对自然保护和生态系统功能具有重要意义。

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Diversity effects and compensatory dynamics drive productivity and stability in temperate old-growth forests

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期刊介绍： Journal of Ecology publishes original research papers on all aspects of the ecology of plants (including algae), in both aquatic and terrestrial ecosystems. We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems. Studies of plant communities, populations or individual species are accepted, as well as studies of the interactions between plants and animals, fungi or bacteria, providing they focus on the ecology of the plants. We aim to bring important work using any ecological approach (including molecular techniques) to a wide international audience and therefore only publish papers with strong and ecological messages that advance our understanding of ecological principles.