Global Ecology and Biogeography | 陆地生态系统植物功能和系统发育多样性促进了凋落物的分解
以下文章来源于Wiley生态环境 ，作者徐侠课题组
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导读
凋落物分解是陆地生态系统中碳（C）和养分循环的重要过程，也是连接地上地下生物与生态过程的重要纽带。尽管在世界范围内植物多样性快速下降，然而植物多样性对凋落物分解的影响仍然未知。
▉ 原文信息
▉ 引言
凋落物分解是陆地生态系统中C和养分循环的重要过程。由于人为活动导致了生物多样性的迅速下降，人们越来越关注植物物种多样性的减少如何影响关键的生态功能，包括凋落物的分解。尽管先前的研究表明，凋落物混合物的分解速度通常比单一物种凋落物快，但是植物多样性与分解的关系仍然存在不确定性，使得植物多样性丧失对元素循环的影响的预测变得复杂。更重要的是，目前尚不清楚生物和气候因素如何通过植物多样性影响凋落物分解的方向和程度。
以往研究表明，凋落物物种的多样性可能通过增加了分解者及其相关功能而增加了凋落物的分解速率。叶片化学和物理特性的功能多样性能够促进资源分配和微环境的改变，从而可能在凋落物分解速率中发挥关键作用。植物系统发育多样性可以作为凋落物混合物中互补效应的指标。此外，生态系统类型和气候也可能调节了凋落物多样性对凋落物分解的影响。
在本研究中，作者基于110篇文章中的492对凋落物混合物和相应的单一物种凋落物分解速率的数据进行meta分析，作者的假设如下：（a）凋落物分解速率随凋落物多样性（尤其是功能和系统发育多样性）的增加而增加；（b）土壤动物、微生物和胞外酶活性的增加是凋落物多样性对分解速率影响的关键驱动因素；（c）凋落物多样性的影响会因生态系统类型的不同而不同，并且随着温度和水分有效性的增加而增加。
▉ 结果
在所有生态系统类型中，混合凋落物的分解速率比单一物种凋落物的分解速率高5.6 %（95 %置信区间：3.0-8.1 %，p < 0.001，图1）。混合凋落物的正效应也随着混合凋落物中凋落物的物种多样性的增加而增加（p = 0.042；图1）。
在所有生态系统类型中，混合凋落物效应随叶片C含量，氮（N）含量，磷（P）含量和C：N比的功能多样性（FD）的增加而显著增加，且也随着叶片干物质含量（LDMC）的FD的增加而增加（图2）。FD和系统发育多样性（PD）对凋落物分解的响应的影响在所有生态系统类型中一致（表1；图3）。
混合凋落物中土壤动物的丰度、微生物生物量以及酶活性高于相应单一物种凋落物（图4a）。凋落物分解速率对凋落物混合物的响应与土壤动物、微生物生物量和酶活性对凋落物混合物的响应呈正相关（图4b-d）。
基于概念模型（图5a、b），作者构建了没有和有分解者丰度和功能响应的结构方程模型（SEM），其分别解释了凋落物分解变化的40.8和48.6 %（图5c、d）。混合凋落物的功能和系统发育的多样性随物种丰富度的增加而增加（图5c）。功能和系统发育的多样性均对凋落物分解速率对凋落物混合物的响应具有直接的正向影响，并诱导了物种丰富度对凋落物分解间接的正向影响（图5c）。当包含分解者的丰度和功能时，凋落物的功能多样性通过正向影响分解者的丰度和功能而对凋落物分解具有间接的正向影响；系统发育多样性直接正向影响了凋落物的分解（图5d）。
图5 凋落物多样性与凋落物分解关系的结构方程模型（SEM）
▉ 结论
本研究结果表明，在整个陆地生态系统中，植物功能和系统发育多样性的丧失对凋落物分解产生了强烈的负影响。由于凋落物分解是从有机物残体中释放C和养分的重要过程，较低的分解速率会导致生态系统C和养分循环的不平衡。此外，凋落物多样性对分解速率影响的关键驱动力包括土壤动物群落丰度，微生物生物量和胞外酶活性。总体而言，作者的研究表明了植物多样性的丧失，尤其是功能和系统发育多样性的丧失，可能对陆地生态系统的地下生物和元素循环产生深远的不利影响。
本文编辑：徐侠课题组
徐侠 | 南京林业大学，教授，Global Change Biology编委
研究方向：全球变化生物学、土壤生态学、生物地球化学
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