生物多樣性如何決定生態(tài)系統(tǒng)功能水平是生態(tài)學領域長期以來的核心議題之一。物種多樣性概念由多維度的特征組成，除物種數(shù)量（豐富度）以外，還包括群落組成、系統(tǒng)發(fā)育進化及相互作用關系等諸多方面。目前，生態(tài)學家面臨的一個主要挑戰(zhàn)是如何從多維度的角度來預測生物多樣性下降對生態(tài)系統(tǒng)多功能性（multifunctionality）的影響，因為不同層面的多樣性特征對生態(tài)系統(tǒng)的影響可能相互疊加或者相互抵消。這個問題限制了基于生物多樣性理論指導生態(tài)修復等實踐的努力與成效。中國科學院水生生物研究所等機構(gòu)研究人員利用我國西北干旱地區(qū)生物結(jié)皮（biocrusts）中以陸生藍藻為主的光合自養(yǎng)功能群為研究對象，揭示了干旱土壤生態(tài)系統(tǒng)中藍藻多維度多樣性特征與生態(tài)系統(tǒng)多功能水平的潛在關聯(lián)。研究結(jié)果近期在線發(fā)表于生態(tài)學領域國際著名期刊 Molecular Ecology (doi: 10.1111/mec.15424)。
通過對生物結(jié)皮中光合細菌豐富種（abundant species）與稀有種（rare species）的區(qū)分識別，水生所研究團隊利用高通量擴增子測序數(shù)據(jù)對各類群物種豐富度、均勻度和系統(tǒng)發(fā)育差異性進行了量化，通過網(wǎng)絡分析測量物種相互作用關系的拓撲結(jié)構(gòu)特征，提出了新的綜合指數(shù)來衡量群落中物種相互作用強度。同時，通過生物結(jié)皮中潛在初級生產(chǎn)力、土壤微生物數(shù)量、氮磷含量、植物有效養(yǎng)分濃度、土壤碳儲量及潛在持水能力等七個關鍵特征變量來評估土壤多功能性水平。研究人員發(fā)現(xiàn)，在以往相關研究中關注度較高的物種豐富度并不足以解釋生物結(jié)皮中藍藻對土壤生態(tài)系統(tǒng)多維功能的貢獻。雖然種間促進關系及群落組成特征能更好的預期生態(tài)系統(tǒng)的多功能性，但這些多樣性特征常常被人們忽視了。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，物種功能重要性系數(shù)與其在共現(xiàn)網(wǎng)絡中的拓撲特征指數(shù)之間呈現(xiàn)顯著的正相關性，并分析了物種互作拓撲結(jié)構(gòu)潛在的功能信號，預測了種間相互作用如何促進生態(tài)系統(tǒng)功能的作用機制。研究結(jié)果表明光合自養(yǎng)各亞類群對生物結(jié)皮功能性的影響是通過不同機制實現(xiàn)的，豐富種趨向于影響生態(tài)系統(tǒng)的恢復力（resilience），而稀有種則側(cè)重維持穩(wěn)定性（stability）。該研究對干旱生境中的建群種如何驅(qū)動生態(tài)系統(tǒng)功能提供了綜合視野，為運用生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能關系理論服務生態(tài)修復的決策過程給出了建議。
該項研究得到了國家自然科學基金面上項目（41877419）和青年基金項目（31400368）的資助，同時也得到了中科院水生所分析測試中心及中科院超算中心武漢分部的技術協(xié)助。中科院武漢植物園等單位科研人員參與了部分研究工作，中科院水生所為該論文第一完成單位，李華副研究員為本文第一作者和通訊作者，李仁輝研究員為共同通訊聯(lián)系人。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mec.15424
