生物多樣性維持及與生態系統功能和服務的關系

群落生物多樣性維持機制

在物種豐富的地區，多個共享相似資源的物種如何在局域群落內共存一直是生態學的核心問題。經典的物種共存理論認為，當穩定的種間生態位差異大于適合度差異，即種內相互限制大于種間限制時，才可能發生穩定的物種共存。因此，由于種內資源競爭或同種個體間病蟲害、捕食者的相互傳播造成種內個體之間的負互相作用，即同種負密度制約，是生物多樣性維持的重要機制。我國有完整的氣候帶譜，這為檢驗熱帶、亞熱帶和溫帶森林的密度制約效應提供了有利條件。亞熱帶和溫帶森林實驗表明，病原菌和食葉昆蟲可通過調節同種幼苗的密度制約效應，影響植物群落的物種共存?。還有研究表明，有害真菌對同種個體的負作用有可能被外生菌根真菌的正效應完全抵消，這說明有害真菌和有益真菌（外生菌根真菌）之間相互作用決定了密度制約強度。以上研究更新了我們對生物多樣性維持的認知，多營養級種間互作或在決定群落多樣性方面有重要的作用。

生物多樣性與生態系統功能

為理解生物多樣性與生態系統功能（biodiversity and ecosystem functioning，BEF）之間的關系，中、德學者在江西合作建立了世界上多樣性梯度范圍最廣、面積最大的森林?BEF?實驗平臺（BEF-China）。經過?BEF-China?近?10?年的研究，發現物種多樣性幾乎能使植物群落的生產力和碳儲量翻倍，且生產力的正作用隨時間的延長和植物的生長而增強。亞熱帶森林不同營養級之間的物種互作及種間的功能性狀差異導致了多樣性對生產力的正效應。因此，亞熱帶森林修復采用多物種模式更為合理。

在內蒙古草原和青藏高原建立的多個草地?BEF?控制實驗平臺，都發現了正的多樣性-穩定性關系，可能由生態系統不同組分之間的異步動態所驅動。在內蒙古草原長達?24?年的草地多樣性和穩定性關系分析表明，生態系統組分的穩定性從種間到功能群再到整個生態系統逐級上升。青藏高原超過?30?年的長期氣候變化實驗表明，草種多度隨氣候變化增加的同時，莎草類物種的多度降低，因此群落通過群落結構的變化響應氣候變化，但并不影響生態系統的生產力，這說明群落組成的多樣性減緩了氣候變化對生產力的影響。在全國尺度，基于?6?098?個森林、灌木和草地樣點的數據分析表明，土壤碳儲量隨著物種多樣性和地下生物量的增加而增加。物種多樣性、地上凈初級生產力和地下生物量，以及降水和溫度等環境因子都影響土壤碳儲量。

生態系統服務與經濟社會發展

人類活動導致的生物多樣性喪失改變了生態系統功能和穩定性，也削弱了生態系統服務。但是，近幾十年來我國在保護生態系統功能及改善生態系統服務方面做了大量有效的工作。例如，為了降低自然災害風險并保持各種生態系統服務，我國在?2000—2009?年共投資?500?多億美元，用于天然林保護工程和退耕還林計劃。對我國?6?個重點生態修復項目的評估顯示：2001—2010?年項目執行地區的年碳匯總量估計為?132 tg，其中一半以上來自這些項目。另外，大熊貓及其保護區提供的生態系統服務價值比保護成本高出約?10—27?倍。

盡管生態系統服務與人類長期的福祉息息相關，但改善生態系統服務的某些策略可能與當地社會經濟發展沖突。例如，黃土高原的植被及初級生產力恢復方案將所需用水量提高到當地水資源擁有量的上限，這可能威脅到人類對水的需求情況。反之，良好的生態系統服務規劃可以使環境和經濟達到雙贏的局面。例如，北京的水田轉旱田方案成功地改善了水量和水質，并創造了成本?5?倍以上的經濟效益。

由于生態系統服務對于人類來說至關重要，因此合理的景觀規劃也應該充分考慮生態系統服務。例如，上海將生態系統服務納入其生態保護紅線，加強了對陸地生境的保護。針對全國自然保護區的評估發現，我國自然保護區在生物多樣性和關鍵生態系統服務保護方面沒有發揮足夠的作用；建議建立新的保護區類別，以綜合考慮生物多樣性、生態系統服務和人類活動的影響。近年來，我國也提出了國家層面的生態保護紅線制度，以期更好地維持生物多樣性和生態系統服務。