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生态系统多功能性对全球变化的响应: 进展、问题与展望
植物生态学报
2021, 45 (10):
1112-1126.
DOI: 10.17521/cjpe.2020.0074
全球变化所包含的土地利用和气候等因素的改变, 将对生产力、养分循环等生态系统功能产生重要的影响。以往研究大多只关注全球变化对单一功能的影响, 即使同时测定多种功能也是进行独立的分析。但由于不同功能间常常存在的权衡或协同关系, 导致基于单个功能的探讨难以反映全球变化对生态系统多功能性(EMF)的影响, 从而限制了人们对于全球变化影响的全面认识和评估。早在2007年, Hector和Bagchi首次量化EMF, 该领域才开始受到广泛关注。在此之后, EMF量化方法的不断完善, 极大地推动了该领域的发展。近年来, 全球变化对EMF的影响也被广泛关注。为系统梳理该领域的研究进展, 该文基于中国知网、ISI Web of Science等当前常用的学术期刊数据库, 检索2007-2020年的相关文献并进行计量分析, 系统归纳出该领域的发展现状。在此基础上, 详细阐述目前关注较多的土地利用变化、气温升高、降水改变以及氮沉降对EMF的影响, 并针对现有研究中存在的问题, 提出未来所需关注的6个方向: (1)规范EMF量化体系; (2)关注全球变化背景下多因子交互效应; (3)不同时间尺度下EMF对全球变化的响应; (4)全球变化背景下多维度、多尺度生物多样性与EMF; (5)全球变化背景下多营养级多样性与EMF; (6)全球变化背景下根系功能性状与EMF。  View image in article
图1
生态系统多功能性(EMF)文献计量分析。A, 不同年份全球发文量。B, 各大洲发文量。C, 不同生态系统类型的论文数量。D, 不同全球变化内容的研究所占比例。橘色柱代表涉及全球变化的EMF研究, 橘色+蓝色柱表示EMF总发文量。
正文中引用本图/表的段落
基于目前常用的学术期刊数据库中国知网和ISI Web of Science, 中文以“生态系统多功能性”为主题词, 英文以“multifunctionality OR multiple function”和“ecosystem”为主题词进行检索。基于文献选择标准: (1)剔除虽测量多种生态系统功能但未计算多功能性指数的研究; (2)剔除与生态系统服务相关的研究; 共筛选出自2007-2020年5月与EMF相关的文献共119篇。按全球每年发文量统计, EMF的研究论文数量呈现快速增长的趋势(图1A), 主要探讨生物多样性与EMF之间的关系, 而涉及全球变化的研究自2015年才开始发展起来, 目前尚处于起步阶段, 论文数量相对较少。按研究区域划分, 无论是EMF总发文量还是涉及全球变化的论文数量, 欧洲均处于首位(图1B), 以瑞士、西班牙为代表, 在该领域开展了大量的研究工作。按生态系统类型划分, 涉及气候变化的研究主要集中于草地和旱地生态系统, 在农田、城市、湿地、潮间带以及海洋等生态系统研究报道较少(图1C)。按研究内容划分, 全球变化背景下的EMF研究主要关注土地利用变化、降水格局改变、温度升高、氮沉降四个方面的内容, 其中降水格局改变集中探讨干旱加剧的影响。此外, 关于酸雨和臭氧层破坏等其他全球变化要素对EMF的影响尚未有报道, 并且对于多个因子间交互作用的研究也相对较少(图1D)。
全球变化对EMF的影响可通过两种途径(图2), 即生物和非生物途径。一方面, 通过非生物途径, 如改变环境温度、土壤水分以及土壤pH等物理或化学因素影响EMF (Maestre et al., 2012; Jing et al., 2015; Delgado-Baquerizo et al., 2016)。另一方面, 也可通过生物途径, 如改变生物多样性、生物体的生理机能及行为表现等作用于EMF (Perkins et al., 2015; Antiqueira et al., 2018)。同时, 生物和非生物路径彼此间还可相互作用, 共同对EMF产生影响(图2)。目前, 有关全球变化对EMF影响的研究主要集中在土地利用变化、温度升高、降水改变和氮沉降(图1D), 因此, 本文主要关注这四个方面的研究进展。
本文的其它图/表
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