Lossofbiodiversityaltersecosystemfunctioninfreshwaterstreams:potentialevidencefrombenthicmacroinvertebrates
ByXiaofengCao,LiweiChai,DalinJiang,JieWang,YanqiuLiu,YiHuang*
(DOI:10./ecs2.)
物种灭绝改变了生物多样性，进而改变了生态系统结构和功能稳定，减小了生态系统恢复力，导致生态系统功能下降。定量分析生物多样性变化对生态系统功能的影响，对于解释生物多样性对生态系统功能的支持，具有重要的意义。比如，大型底栖动物作为水生态系统中的重要组成部分，在水底能加速有机碎屑的分解、调节水体-沉积物之间的物质交换，是生态系统中物质循环、能量流动中的消费者和转移者，它通过参与碳、氮、硫等元素的生物地球化学循环，共同维系着水生态系统的结构与功能。诸如颤蚓和摇蚊幼虫可以促进湖泊底泥中氮和磷的释放，从而影响湖泊沉积物中氮和磷的循环与转化。
近日，EcologicalSocietyofAmerica的官方会刊Ecosphere在线发表了北京大学环境科学与工程学院黄艺教授课题组关于底栖动物多样性丧失对溪流生态系统功能影响的研究。该工作的突出亮点在于通过生态系统功能测度方法对水生态系统功能进行了定量计算，以此分析了水生态系统底栖动物多样性与水生态系统功能的关系。论文的第一作者为北京大学届博士毕业生曹晓峰，论文通讯作者为黄艺教授。
研究内容
本工作以滇池流域入湖河流底栖动物为研究对象，定量分析底栖动物群落结构对水生态系统功能的非线性影响并探讨底栖动物群落结构在环境压力梯度上阈值存在的可能性。为评价底栖动物群落结构，分别选取反映群落物种丰富度、群落物种个体组成、功能摄食类群相关的共计25个生物参数，如Shannon-Wiener，总分类单元数，寡毛类相对丰度等作为分析底栖动物群落结构对水生态系统功能影响的候选参数。利用单功能法和平均值法对生态系统碳、氮和磷循环相关的功能进行定量计算。研究结果认为：底栖动物中寡毛类的相对丰度与氮、磷循环功能显著线性相关，同时底栖动物优势分类单元和集食者的相对丰度也分别影响着水生态系统的磷循环功能和水生态系统整体功能，呈显著线性相关关系，但未发现生物多样性与生态系统功能之间存在显著的非线性关系。然而在滇池流域溪流栖息地退化过程中，以滇池米虾和圆田螺为优势种的群落结构沿着生境压力梯度转变为以颤蚓类为优势种的群落结构，呈现明显的非线性响应变化特征。
图文解析
图1氮循环功能与相关生物参数的关系。a敏感类群%；b优势分类单元%；c寡毛类%；d（软体动物+甲壳动物）%；e集食者%；d刮食者%。
图2磷循环功能与相关生物参数的关系。a敏感类群%；b优势分类单元%；c寡毛类%；d（软体动物+甲壳动物）%；e集食者%；d刮食者%。
图3生态系统多功能与相关生物参数的关系。a敏感类群%；b优势分类单元%；c寡毛类%；d（软体动物+甲壳动物）%；e集食者%；d刮食者%。
图4寡毛类相对丰度在生境压力梯度（多环境压力指标的第一主成分）上的变化。
图5软体和甲壳动物相对丰度在生境压力梯度上（多环境压力指标的第一主成分）的变化。
图6滇池流域入湖河流水生态系统结构和功能变化。低生境压力下，以滇池米虾和圆田螺等为优势种，高生境压力下以颤蚓类等为优势种。
结论与展望
通过分析多个生物参数与水生态系统碳、氮、磷循环功能之间的关系以及底栖动物群落结构在生境压力梯度上阈值响应的研究，我们认为水生态系统中，生物多样性与生态系统功能之间为显著线性相关关系。然而随着溪流生境压力逐渐增大，以敏感种为优势种的群落结构转变为以耐污种为优势种的群落结构，呈现明显的非线性阈值响应变化特征。即生境压力增长到一定程度（阈值），导致了敏感种的灭绝，进而使生态系统结构和功能被彻底改变。该研究结果为充分理解水生态系统中生物多样性对生态系统功能的影响提供了参考。
通讯作者/课题组介绍：
黄艺，北京大学环境科学与工程学院，环境生态学教授。主要研究污染和极端生境下的微生物生态系统过程。通过研究环境胁迫对微生物或相关生态系统的结构和功能的影响，以及生态系统对环境胁迫的响应，为生态系统评估、修复和管理提供科学基础。先后主持了多项国家自然科学基金项目和国家专项项目，对富营养化、重金属和石油污染等环境，以及干旱和高海拔高寒极端生境中的生态系统变化和响应进行了研究。发表相关论文余篇，出版了5本专著和一系列国家咨询报告。联系方式：yhuang
pku.edu.cn—期刊简介—
Ecosphere
ThescopeofEcosphere(ISSN-)isasbroadasthescienceofecologyitself.Thejournalwel
本文编辑：佚名
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