本文转自“生态趋势”
摘要
生态系统研究通常考虑生物多样性和碳封存的共同利益，但这些碳-生物多样性的联系可能是复杂和多面的。最近在森林生态系统中的发现强调了在评估碳封存潜力时，必须超越单一的营养级和更明显的地上部分，考虑所有生态系统组成部分之间的全面关系。基于单一作物的简单的碳储存工程解决方案没有考虑到所有的成本和效益，可能是欺骗性的，并导致不适当的管理实践。自然生态系统的更新可能最能提高碳封存和生物多样性的共同效益。
生物多样性和生态系统功能之间的联系长期以来一直是生物学家们强烈关注和争论的话题，这最早可以追溯到达尔文的时代，他关于物种相互作用的观点预示着后来关于生物多样性和生态系统功能的讨论。从那时起，对群落多样性的许多考虑都集中在物种或功能多样性在面对干扰时维持系统弹性的重要性上，类似于织线维持编织物的功能和完整性的方式。虽然我们的语言、概念和方法已经随着时间的推移而发展，但关于多样性和功能的一个关键问题今天仍然存在：生物多样性和生态系统功能之间到底有什么联系？随着人类活动不断改变地球的许多地方，一个额外的紧迫问题出现了：我们如何才能最好地管理生态系统，以提高生物多样性和生物碳封存？
近年来，越来越多的研究考虑了生物多样性和碳封存的共同利益。其中许多是对草原的实验研究，年产量相对容易评估，而且这些研究大多强调初级生产者和地上产量。同样，大多数森林和农田的研究都集中在初级生产上，强调相对容易获得的地上部分，而没有明确的考虑到整个系统的生物多样性。虽然存在明显的例外，但许多这些生物多样性和生态系统功能的研究都报告了生物多样性和生物量产量之间的正相关关系，有时总结出生物多样性导致生产力的一般结论，或反之亦然。也可以提出一个相反的论点，即在栽培实践和资源投入确保高产量的情况下，集约化管理的单一作物可以成为高产量的生态系统。从最大化生物碳吸收的狭隘观点来看，这种方法似乎很有吸引力。然而，尽管毫无疑问产量很高，但集约化管理的系统往往在劳动力、能源、养分和水的投入方面付出了巨大的代价，往往伴随着经济和环境成本，包括自然生态系统被取代、温室气体排放增加和水质下降。这些方法不能满足当前的生物多样性目标，而且通常不如多样化的生态系统具有弹性，这让人质疑工程化的、单一物种的解决方案是否明智。
这些显著的负外部性（negative externalities）引出了一个新问题:我们在碳和生物多样性方面的生态系统管理选择的总体、长期成本和效益是什么？研究复杂生态系统的成本和效益可能很困难，这表明这些问题的简单答案仍然难以捉摸。与其使用必然简化系统并将测量限制在高度管理条件下的物种子集的实验方法来解决这些问题，我们能否使用相对未管理的自然生态系统来找到这些问题的明确答案？最近的一项研究在一片再生林中解决了这些问题，取得了显著的成果，值得所有对生物多样性和碳之间关系感兴趣的人仔细关注。
作者利用中国亚热带次生林(古田山国家级自然保护区)的生物多样性和碳储量数据的广泛数据集，探讨了碳-生物多样性之间的联系。从分析的深度和广度来看，这项研究都是一次成功的尝试。
图：古田山自然保护区。
与大多数局限于某些营养级并主要关注地上碳的研究不同，Schuldt et al.(2023)考虑25个研究样地的多个生态系统碳成分和超过4600多个物种的多个营养级之间的关系。在他们广泛的分析中，包括了：（1）除了地面碳储量外，还有死亡碳和地下碳；（2）各种异养生物对碳-生物多样性关系的介导作用；以及（3）关于碳-生物多样性联系的结论取决于所考虑的营养水平。该研究还检查了定向分析和相关性分析，以了解哪种观点能更好地描述多样性和碳之间的关系。
该研究发现，生物多样性和碳储量之间的关系随所考察的碳储量和营养水平而变化。碳-生物多样性之间的联系似乎是由资源的多样性介导的，包括枯木和地下碳，而不仅仅是由容易测量的地上碳储量所介导的。除腐生真菌外，大多数营养类群的地上碳储量与生物多样性的相关性不强。森林总碳是预测异养生物多样性的一个重要因素，但这主要是由地下碳介导的，与地上碳的相关性不强。
在对自然更新森林中复杂的关系网进行仔细解读的过程中，作者解决了困扰以往研究的几个难题，这些研究主要集中在织物中一些更明显的线索上。作者强调，大多数研究都局限于某些营养级（特别是初级生产者），而且往往主要关注群落的地上部分。研究结果的变化取决于对碳储量和营养级的检测，这提醒我们，生态系统的相互作用并不总是单向的因果关系，而是涉及系统组成部分之间复杂反馈的多种关联，其中一些组分可能比较容易测量。
该研究反对过于简单化的碳管理解决方案，这样的方案只是基于对更明显的营养水平或地上碳储量的有限考察。这些发现与最近的其他工作相一致，表明自然生态系统的恢复为加强碳封存提供了一个比工程高产但物种贫乏的单一作物更有效的解决方案。不以现实的方式考虑生态系统管理选择的全部成本和效益的生物封存解决方案可能是虚幻的。
这项工作为正在进行的利用遥感评估生物多样性和生态系统功能的工作提供了一个警示，遥感现在被广泛用于生物碳固存和生物多样性的大规模评估。遥感仍然是为数不多的能够对真正的大面积地区进行采样，同时以一致的格式提供统一覆盖的方法之一。在使用遥感进行生物多样性评估方面正在取得长足的进步，引起了建立全球生物多样性监测系统（Global Biodiversity Monitoring System）的呼吁。
然而，大多数遥感方法提供的高空视角往往将这种评估限制在初级生产者更明显的（地上）部分，而不是地下部分，而且尺度往往过于粗糙。仅靠遥感不能直接观察整个系统的细节，而这正是全面了解生物多样性和生态系统功能之间的相互作用所需要的。这种概括性的观点使我们能够看到“编织物”的总体图案，但不能看到所有单个织线的贡献。在更精细的尺度上，当遥感与一整套独立的实地方法相结合时，往往表现最佳，而遥感与精心设计的实地研究的协同整合可以提高两者的有效性。
Schuldt et al.(2023)提供了一个令人信服的例子，说明如何在我们设想的全球生物多样性监测系统（Global Biodiversity Monitoring System）中，将围绕碳和生物多样性的双重主题，将实地站点网络与多尺度遥感活动结合起来，完成此类关键的实地研究。
该研究倡导对生物多样性-碳联系的全面评估需要仔细评估多种碳储量、营养水平及其相互作用；只考虑地上种群或只考虑一个分类水平的简单方法可能很容易误导我们或产生不适当的做法或政策结论。
越来越多的证据表明，鼓励物种多样性的自然生态系统恢复，而不是种植高度管理的单一作物，可能最好地提供碳封存和生物多样性增强的基本共同利益，这项工作为这一观点提供了支持。
鉴于目前全球生物多样性下降和碳循环受到干扰的严峻挑战，我们都应该仔细考虑这一研究的结果。
文章信息
标 题 | Revisiting the carbon–biodiversity connection
类 型 | Commentary
作 者 | John A. Gamon
时 间 | 2023-06-18
转自：“生态科研笔记”微信公众号
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