Chinese | 生物多样性损失对凋落物分解的影响

以下文章来源于生态学文献 ，作者工作室

Article type:

KEY POINTS:

Handa 等人（2014）发现减少分解微生物和植物凋落物类型的功能多样性减缓了凋落物碳和氮的循环。此外，氮从固氮植物凋落物向快速分解植物凋落物转移，但没有在其他植物功能类型之间转移，表明凋落物混合物中的特定相互作用控制分解过程中的碳和氮循环。这种一般机制的出现以及在比鲜明的陆地和水生生态系统中模式中表明，生物多样性的丧失对凋落物分解和主要元素在广泛的空间尺度上的循环具有一致的后果。

Questions:

生物多样性何时、何地以及如何发挥作用，以及一般模式和机制是否发生在生态系统和不同功能类型的生物中。

Methods:

用于构建微观世界的三种网格尺寸使能够区分三个在分解的凋落物上建立的分解者群落（小型，中型和完整）。

基于顺序平方和的方差模型分析（类型 I）

关于凋落物氮转移的扩展讨论。

【尽管数据表明氮是从固氮植物的凋落物转移到快速分解的凋落物，但不能完全排除交替机制。特别是，掺入分解凋落物中的氮不仅可以来自另一种同时发生的凋落物类型，还可以来自土壤或溪水中的氮库或微生物的氮固定。然而，来自这些替代氮源的氮转移并不容易解释在固氮植物的凋落物和快速分解的凋落物之间观察到的伴随的相互变化。此外，两种凋落物类型之间发生氮转移的观点进一步得到了对C损失的正净多样性效应的支持，结果仅在这两种特定的凋落物功能类型都存在时才观察到。对解释的额外支持来自热带和温带森林凋落物微观世界中的15N示踪剂研究，这些研究证明了氮通过微生物，特别是腐生真菌可能发生的活性生物转移的原则。大规模野外试验经验表明，这种现象可能在陆地和水生生态系统以及各种森林类型和气候条件下普遍存在。

有人提出，氮转移是由凋落物类型之间氮浓度的梯度驱动的，其基本原理是限制分解速率的元素是N。然而，从本实验和最近在实验室条件下进行的同位素示踪剂研究中，现在的情况是N转移是化学计量控制的。决定N在凋落物混合物中转移的物质的关键决定因素似乎是相对于C的可用性（可能还有其他对分解体生长至关重要的元素）对N的需求，而不是N浓度的差异。具有高C质量的凋落物有利于微生物的快速生长，这反过来又需要对N（和其他营养物质）的高需求，从而导致从邻近的营养库中获取N。在极端情况下，N源凋落物的N浓度甚至可能低于N汇凋落物，前提是两种凋落物类型的C质量差异足够大。根据这一机制，本研究中顽固凋落物类型（缓慢分解和常绿植物功能型）的分解并未因固氮植物凋落物的存在而加速，尽管这些顽固凋落物类型的初始氮浓度与快速分解的凋落物相似，但初始氮浓度较低或更低， 这得益于固氮植物凋落物的存在。】

Results:

将不同植物功能类型的凋落叶混合在一起导致碳和氮动态加速，如图所示，对碳和氮损失的总体净的积极影响（即随着功能多样性的增加，C和N损失增加）。然而，凋落物混合物的碳损失仅为初始凋落物干质量的2.9mg/ g，大于基于单凋落物功能类型数据的预期损失，表明凋落物混合导致的碳循环仅略有增加。尽管统计显著，但凋落物混合物中氮损失的差异非常小。

陆地生态系统凋落物多样性对碳损失的净影响强于水生生态系统，但对比了meta分析的结果，其中多样性对分解的影响仅对水生生态系统显著。在实验结束时将凋落物混合物分类为物种，使能够探索这种差异的潜在原因，方法是将净多样性效应分为互补效应（即协同或拮抗相互作用产生的效应）和选择效应（即，当具有高（或低）分解速率的局部功能类型主导混合物时产生的效应）。观察到的净多样性效应显然是由比选择效应更强的互补效应驱动的。

总体而言，互补效应与C损失的净效应相似，甚至强于N损失的净效应。相比之下，平均选择效应并不显著。森林地面生境可能有利于互补效应的特征包括温度和湿度的强烈波动以及均匀的凋落物覆盖。相反，在亚北极和热带溪流中观察到的负面互补效应可能反映出凋落物消费者的低密度和低分类单元丰富度，因此补充资源利用的潜力有限。

在大规模研究中很少考虑的分解者群落的完整性对于凋落物分解过程中的C和N动力学的重要性。分解者群落中中型无脊椎动物（直径1毫米）的存在使所有地点的平均C和N损失增加了2.1%和2.0%。完整的分解者群落（包括直径达5 mm的生物）使所有位点的平均C损失增加了10.6%，所有位点的平均氮损失增加了11.1%。除地中海陆地站点外，这种影响在所有陆地站点上都是正向的。因此，大型动物群的存在显然对分解有重大影响。

与以前的研究一致，大型动物群的重要性因水生和陆地生态系统而异。在本研究中，完全分解者群落在热带和热带地区的强烈影响分别对应于陆地温带和热带地点的千足虫和白蚁的高相对丰度。同样，温带水生地点完全分解群落的巨大影响与一种特别有效的片脚类有害动物的高丰度有关。本研究的数据清楚地表明，大型生物对分解最关键。这些动物也往往面临最大的灭绝风险。

一个有趣的发现是，在两种特定的凋落物功能类型之间出现了最强的正向性：固氮植物和快速分解的落叶植物。当这些类型一起存在于凋落物混合物中时，平均碳损失比所有凋落物组合的平均碳损失高13.5%，氮损失高32.5%。这种一般模式贯穿始终，从亚北极到热带的陆地和水生生态系统。此外，相对于最初凋落物中氮的总量，当存在快速分解的凋落物时，N固氮植物凋落物中重新主食的氮少于单独分解时。反过来，当存在固氮植物的凋落物时，快速分解的凋落物比单独分解时含有更多的氮。平均而言，在所有地点，固氮植物的凋落物在单独分解时损失了20.6%的初始氮，但在快速分解的植物的凋落物存在下分解时损失了25.0%。相比之下，快速分解的植物凋落物在单独分解时损失了18.1%的氮，当存在固氮植物的凋落物时，则损失了13.4%。这种跨地点和生态系统的惊人变化首次从现场数据中表明，N可以在凋落物类型之间转移。这种效应的一个合理机制是真菌分解者利用固氮植物凋落物的养分库，促进缺氮凋落物中的碳利用和真菌生长，从而提供高质量的C。两种植物功能类型的单种凋落物和凋落物混合物之间的氮通量平均净差异约为每平方米地面面积0.25 g N，占凋落叶年氮输入总量的十分之一。因此，尽管在这里报告的生物多样性效应小于其他生态系统过程的效应，但氮通量的这些变化可能对生态系统产生重要影响。与单个物种的凋落物相比，即使凋落物混合物中的氮动态略有不同，也会在较大的空间和时间尺度上实质性地改变初级生产者和其他生物的氮供应量。

Article links:

https://www.nature.com/articles/nature13247

转自：“生态科研笔记”微信公众号

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