降水异常可能通过改变植物群落特性而影响生产力恢复力

IF 5.3 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Journal of Ecology Pub Date : 2024-12-30 DOI:10.1111/1365-2745.14471

Sierra Perez, Mark Hammond, Jennifer Lau

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摘要

气候变化正在破坏历史环境制度，包括极端气候事件的频率和严重程度的增加，如干旱和强降雨期(IPCC, 2021；史密斯,2011)。干旱对植物群落及其相关生态系统功能的影响已得到充分认识。例如，干旱可以改变群落组成(Gao et al., 2022；Hoover et al., 2014；Xu et al., 2021)，并推动初级生产力显著降低(Gao et al., 2019；Liu et al., 2023；Su et al., 2022)，而这些影响往往在干旱后持续存在(“干旱遗产”；穆勒,铁路,2022;Vilonen et al., 2022)。相比之下，尽管在过去一个世纪里，美国周边地区和全球许多其他地区的强降雨事件有所增加，但高湿期的后果迄今受到的关注较少(IPCC, 2021；Jay et al., 2018)。此外，极端干湿事件的影响通常是独立评估的(尽管见Isbell等人，2015；Sala et al., 2012；Wilcox et al., 2017)，尽管这两种类型的“降水事件”（见框1）在许多地区都在增加。因此，为了维持和维持关键的生态系统功能，植物群落必须对这两种不同的降水事件具有弹性。框1。关键术语和定义降水事件：可用水量超出“正常”的时期；干旱（SPEI <−1）或潮湿事件（SPEI > 1）标准化降水蒸散发指数（SPEI）：由降水输入和潜在蒸散发输出之间的差异引起的生态系统水分有效性的度量。恢复力：描述生态系统吸收扰动并保持参考状态的能力的多维质量。生态系统功能（如生产力）响应扰动而变化的程度。恢复：扰动后一年内生态系统功能恢复到扰动前状态的速率；不变性：生态系统功能随时间变化的程度。弹性通常与“稳定性”同义。弹性是一种多维度的品质，描述了生态系统吸收扰动并维持在参考状态的能力(框1；Van Meerbeek et al., 2021)。虽然弹性概念的关键假设因学科而异(即“生态弹性”霍林（Holling, 1973）与“工程弹性”皮姆（Pimm, 1984），但该框架广泛地捕捉了系统对扰动事件和长期模式的反应。我们可以通过量化复原力的各个方面——抵抗、恢复和不变性——并将它们与社区属性联系起来，开始解释不同社区和生态系统的复原力差异。抵抗力是生态系统功能（如生产力）响应扰动而发生变化的程度。恢复（Pimm， 1984年称之为“恢复力”）是指生态系统功能恢复到扰动前状态的速率。不变性（通常称为“稳定性”）表示生态系统功能如何随时间变化。虽然复原力通常被认为是有益的，但复原力并不一定会增加生态系统的功能。例如，潮湿事件可以提高生产力（Wilcox等人，2017），因此，在这种情况下，弹性会降低生产力效益。植物群落特性，包括物种丰富度、均匀度和优势度，可以影响对环境扰动（包括降水事件）的恢复力。然而，促进抗旱能力的特性可能不同于那些促进抗旱能力的特性。物种丰富度通过功能多样性和冗余(即多样性-稳定性关系；艾夫斯,木匠,2007;Tilman et al., 1996)。考虑到物种群落应该表现出更大的响应多样性——物种对环境变化的响应范围（Elmqvist等人，2003）——多样性群落在压力下维持关键功能的平均概率应该更高(即生物保险理论；Yachi,Loreau, 1999)。先前的工作利用了46个草原多样性操纵实验的数据，发现物种丰富度增加了对降水事件（湿事件和干事件）的生产力抵抗能力，以及长期生产力不变性，但没有事件后恢复（Isbell等人，2015）。多样性的其他方面，如均匀性和优势性，可以通过影响功能性状分布进一步调节弹性（Hillebrand et al., 2008）。虽然通常被认为是相互对立的，但均匀性和优势性都可能决定非单优势群落的特征分布。

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Precipitation anomalies may affect productivity resilience by shifting plant community properties

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Journal of Ecology 环境科学-生态学

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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 We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems.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.