Nature communications | 邻域相互作用驱动混合树种群落过度生产 

DOI: 10.1038/s41467-018-03529-w

阅读人：中国科学院大学博士研究生李逸 

来源：新岗记事

研究背景

        树种多样性已被证明可以促进森林生产力等生态系统功能，因而生物多样性的丧失可能将对全世界的森林生产力产生消极影响。在森林中进行的多项研究分析了树木群落尺度的生物多样性与森林生产力的关系(BPRs)，发现与单一栽培(产量过剩)相比，混合树种可以产生更高的生产力。虽然最近在群落和局部邻域范围的树木生物多样性实验都证实了BPRs是阳性的，但BPRs的作用机制仍不清楚。具体来说，目前还不清楚的是，树木之间的相互作用是如何在局部邻域范围——物种相互作用的关键尺度——驱动群落BPRs的。因此，探索个体如何应对不断变化的邻域环境(如邻域多样性和丰度)，以及这些邻域间的相互作用如何扩大并影响群落尺度的反应，是理解树木群落中BPRs机制的基础。

       混合物种的植物群落是不同物种个体共同存在的总和。因此，它们可以被看作是一个由区域内相互作用的个体组成的网络。因此，至少在一定程度上，树木群落对物种混合的反应应该是邻近物种小规模相互作用效应的积累。这种邻近的相互作用可以促进或抑制个别树木的生长，在很大程度上是由同时在邻近树木之间进行积极(如生态位分化或促进)和消极(如资源竞争)过程所形成的。例如，模拟模型显示，邻域之间的相互作用可以在树木群落中诱导出正的BPRs，但是局域邻居的相互作用在群落规模上对BPRs的贡献程度仍然知之甚少。具体地说，关于不同空间尺度上的生物多样性效应之间关系的经验测试仍然很少，而且迄今为止还没有量化邻域之间的相互作用对提高混交林生产力重要性的研究。

       因此本文中作者选择通过早期在中国亚热带地区连续种植但是在空间上具有严格界限的两个大样地SiteA和SiteB来(BEF-China样地)量化群落水平上(样方水平)邻域相互作用对生物多样性效应(利用树种丰富度来衡量生物多样性)的贡献。

科学问题

        邻域相互作用对群落尺度的生物多样性与森林生产力的关系(BPRs)的重要性如何? 它们的作用机制是怎么样的?

主要研究结果

1. 邻域尺度上的生物多样性效应

       总的来说，分析结果发现邻近物种丰富度(NSR)对树木个体生长(G)有积极的影响，但生物多样性的影响程度是由焦点树的尺寸大小(最初的木材体积)以及邻域竞争共同决定的(NCI)。同种的邻域密度与树木个体生长G没有明显相关性(χ2:0.37,P = 0.540)。重要的是，根据不同的树种组合，从A样地和B样地生长的焦点树的邻域模型得到的结果在定性上是相同的，这表明作者对AWP_nbh的估算有足够的能力去分析AWP_obs和AWP_nbh之间的关系。

2.  群落尺度上的生物多样性效应

        正如预测的一样，NSR(邻域物种多样性)与群落物种多样性具有显著正相关关系(CSR;r2 = 0.66, P < 0.001)，因此，邻域范围内的生物多样性的积极效应可转化为群落范围内的积极效应。观察到的群落生产力随着CSR(群落物种多样性)的增长而增加。通常，物种丰富度高的群落(24种混合群落)的AWP_obs(观测到的群落生产力)是单一群落的两倍多(+122%)(图2a)。单一栽培的群落AWP_obs变异较大，并且在具有低木材密度和叶片韧度的物种群落较高。特别是生长缓慢的物种在物种丰富的群落中获益最大。

3.  邻域互作的重要性

      最好的群落生产力模型包括预测的邻域相互作用(AWP_nbh)、群落物种多样性(CSR)的积极作用，以及海拔的消极影响。固定效应和随机效应均占AWPobs方差的很大一部分(固定效应占57%，随机效应占80%)。作者发现，AWP_obs的绝大部分差异是由AWP_nbh (52.1%)解释的，其次是群落物种组成(CSC;在模型中指定为随机效应)。相比之下，群落物种多样性(log-CSR; 2.0%)和地形异质性(2.5%)的解释能力极低(图2b)。注意，本文的预测因子解释的方差量反映了部分效应，即在考虑了模型中其他变量的影响后，模型中每个变量所占的比例。有趣的是，作为预测因子的邻域相互作用在高物种多样性群落(16/24物种多样性)中比低物种多样性群落(单种和两种)中要显著高一些。这反映在测定系数(r²)上，它与CSR同时增加，范围在0.41和0.72之间 (分别为单一栽培和16-/ 24种混合物的值;图3)。

结论和讨论

      本文的研究提供了实验证据，表明邻域之间的相互作用在调节亚热带幼林的BPRs中起着重要作用，并证实了热带森林模拟模型的预测。其次，研究结果表明群落尺度上，随着树种丰富度的增加，邻域互作在调节群落生产力方面的重要性也随之增加。作者证明了树木在邻域尺度上的相互作用很大程度上决定了树木群落对物种混合的生长反应。这意味着，多样性较高的邻域之间的相互作用对于提高混合树种森林的生产力具有高度相关性，特别是在高度多样化的森林群落中，如亚热带或热带生态系统。这也突出了在最小的空间尺度上混合树种的重要性。而不是将单一的群落斑块或森林群落分别放在林分尺度或景观尺度上。

小编有话说

       这篇文章的研究样地正是位于江西上饶新岗山BEF-China生物多样性实验基地，是研究树种邻域作用非常经典值得参考的一篇文章，尤其是文中构建模型的分析部分，值得各位同邻域的同仁们学习和参考。这篇文章也是我之前已经阅读过的，但今天重新拿出来再读又有了新的理解和体会~