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

图3 生态系统功能指标及使用情况。A, 碳循环, 文献使用比例大于10%的指标, 主图为不考虑期刊影响因子, 右上角小图为考虑影响因子。AGB, 地上生物量; BG, β-1,4-葡萄糖苷酶; BGB, 地下生物量; LD, 凋落物分解; SOC, 土壤有机碳。B, 碳循环, 不考虑期刊影响因子时文献使用比例在5%-10%的指标。AC, 芳香族化合物; AMF, 丛枝菌根真菌; BC, β-D-纤维二糖苷酶; DOC, 溶解有机碳; He, 己糖; MBC, 微生物生物量碳; Pe, 戊糖; Ph, 酚类化合物; SOM, 土壤有机质; SR, 土壤呼吸。C, 氮循环, 文献使用比例大于10%的指标, 主图为不考虑期刊影响因子, 右上角小图为考虑影响因子。AvN, 有效氮; NH₄⁺, 铵根离子; NO₃^-, 硝酸根离子; PN, 植物氮含量; STN, 土壤总氮。D, 氮循环, 不考虑期刊影响因子时文献使用比例在5%-10%的指标。AA, 氨基酸; AR, 氨化速率; LAP, 亮氨酸氨基肽酶; NAG, β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶; NMR, 氮矿化速率; NR, 硝化速率; SP, 土壤蛋白; Ur, 脲酶。E, 磷循环和水循环, 主图为不考虑期刊影响因子时文献使用比例大于5%的指标, 右上角小图为考虑影响因子时文献使用比例大于10%的与磷循环相关的指标。AvP, 有效磷; Ps, 磷酸酶; PP, 植物磷含量; SIP, 土壤无机磷; SM, 土壤含水量; STP, 土壤总磷; SWHC, 土壤持水能力。F, 涉及碳、氮、磷、水循环的所有指标所占比例。

正文中引用本图/表的段落

目前EMF研究中最主要的问题之一就是选用的生态系统功能指标不一致, 使得不同研究量化出的多功能性指数缺乏可比性。而且对于多功能性概念的混淆, 导致该问题更加凸显。Manning等(2018)重新定义了生态系统多功能性, 将其分为生态系统多功能性和生态系统多重服务性。从生态系统多功能性角度出发, 指标的选择应该涉及营养级和环境之间能量和物质流动速率的过程, 并且应具备客观性, 而不应该主观地从人类价值角度去衡量(生态系统多重服务性)。因此, 建立一套客观的、公认的指标体系是目前亟须解决的问题。本文利用已发表的EMF文献, 汇总了当前较为常用的功能指标, 涉及物质循环和能量流动或是物质和能量储存(图3)。根据统计结果, 发现涉及碳、氮循环的功能指标最多, 而涉及磷循环和水循环的指标相对较少(图3F)。在不考虑期刊影响因子差异的情况下, 我们筛选出文献使用比例大于10%的指标, 涉及碳循环的分别为土壤有机碳含量、地上生物量、β-1,4-葡萄糖苷酶活性、地下生物量、凋落物分解速率(图3A); 涉及氮循环的分别是土壤总氮含量、土壤硝酸根离子含量、铵根离子含量、土壤有效氮含量以及植物氮含量(图3C); 涉及磷循环的分别为土壤磷酸酶活性、土壤有效磷含量、土壤总磷含量(图3E); 若考虑期刊影响因子差异时, 单从重要的综合期刊(如Nature、Science、Nature Communication、Nature Ecology & Evolution等)上发表的文章来看, 涉及碳、氮、磷循环的常用指标种类(文献使用比例大于10%)也并未发生变化(图3A、3C、3E)。目前EMF研究对水循环关注较少, 涉及的指标主要是土壤含水量和土壤持水能力, 但使用频次相对较低(图3E)。此外, 我们还筛选出文献使用比例为5%-10%的指标(图3B、3D、3E)。基于以上统计结果, 未来研究可参考这些常用指标来量化EMF, 并在此基础上逐渐发展出更多公认的指标类型, 消除不同研究间独立的指标选取标准, 从而提高研究结果的可比性。

本文的其它图/表

• 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。
  
• 图2 生态系统多功能性对全球变化响应的总体模式(参考自Giling et al., 2019)。
  
• 图4 生态系统多功能性指标数量选择统计。饼图红色部分代表指标数量为5-8个的EMF研究占总研究的百分比。
  
• 图5 全球变化背景下多维度、多尺度生物多样性与生态系统多功能性的关系。