发布时间 : 星期四 文章生物多样性对环境变化的影响更新完毕开始阅读
一个全球性的综合揭示生物多样性的丧失作为一个生态系
统变化的主要驱动力
越来越多的证据表明灭绝是改变地球生态系统的生产力和可持续性的重要关键步骤。物种进一步的丧失将加快生态系统过程中的变化，但目前还不清楚这些影响与其他对环境变化有直接影响的形式是如何导致多样性丧失和生态系统功能的改变。这里我们使用了一套公布的meta-数据分析显示物种损失对生产力和分解的影响--在所有重要的生态系统都非常重要的两个过程——可以与许多其他全球环境变化的影响相比较。在实验中，与以前记录的紫外线辐射和气候变暖的影响相比，中等程度的物种流失（21-40％）使植物生产减少5％—10％。较高水平的物种灭绝（41-60％）的效果相当于臭氧酸化，升高的二氧化碳和营养盐污染的影响。在中间水平上，物种的丧失对分解的影响一般等于或大于CO2浓度升高和氮的增加。一类物种的丧失对生产力和分解的改变有重大影响，可能产生多种结果如灭绝。尽管需要更多对多样性的丧失和环境变化的相互影响的研究，我们的分析清楚地表明，当地物种丧失在数量上的显著变化对生态系统造成的后果的直接影响是几个全球变化迫使引起国际上较多的关注和补救工作。
各种全球变化导致物种灭绝的速度大大超过在化石记录中的速率。如果这种趋势继续下去，预测表明，在240年内的地球可能面对第六次大规模灭绝。这些预测都促使了数以百计的实验，研究生物多样性的不同组件如何影响生态系统过程中持续提供物品和服务社会。综合这些实验明确得出，植物生物多样性的丧失将降低植物的生产并改变分解。然而，还不确定如何比较这些影响与其他类型的环境变化的直接影响的大小，如改变大气成分，气候变暖和营养物污染，还有威胁生态系统功能。这种不确定性引起了关于生物多样性的丧失可能会如何强烈的影响人类的广泛猜测。
在这里，我们报告一个大型的数据合成的结果，我们比较下物种的丧失对于其他导致环境变化的因素。我们专注于初级生产和分解，因为这些重要的生物过程的影响碳储存和其他生态系统服务，并举例说明生态系统过程的广度和灵敏度改变物种丰富度。分析时我们有两种方法，首先我们统计总结现有meta-分析估计实验操作的平均规模效应，各种环境变化引起的世界各地的各种生态系统的初级生产（植物生物量的生产）和分解（植物凋落物的质量损失）（表1和2）。我们比较这些环境的影响大小来操纵物种丰富，研究生态系统过程的影响的实验使用192同行评审的出版物，我们构建了一个数据库的估计影响物种的损失（见方法）。这种方法允许广泛的环境变化之间的比较，但有局限性，环境和多样性变化的评估受不同研究人员通过使用不同的生物和生态系统的的影响。为了配合我们的meta-分析总结，我们也总结16个实验的结果同时让植物物种丰富度与其他一些环境变化的因子相结合（CO2浓度升高，营养盐污染等）。虽然一个是很小的数据集，但因子实验分析允许两个额外的比较：（1）多样性丧失与其他环境变化的影响大小，在实验中以相同的生态系统为重点；（2）当前多样性丧失与预期的环境条件下的影响大小；我们评估了广度的预测当地物种的损失，因为估计全球物种灭绝的变化程度很大（补充表1）。同样，物种损失等级与当地的生物多样性和生态系统功能的实验（BEF）最相关。生态系统服务可能不与全球灭绝成一个一对一的关系（一个物种从地球上完全丧失）可能对应多个非线性环境的
变化。
我们的分析表明，生物多样性的丧失跻身为21世纪生态系统变化的主要驱动力。最新的实验表明，植物物种丰富度对生物质生产的影响是非线性和饱和的（图1）。我们的分析表明，当地物种的损失在本世纪属于预测较低的范围内（1-20％）的地区，可以忽略对生物质生产的影响的结果，对物种丰富度排名变化的影响低于预计的其他环境对物种丰富度排名的影响（图1和表1）。当实际损失在预测的中间范围内（21-40％）时，预测物种的损失使生物质生产减少，低于最多物种时生产的5-10％（基于幂与log比率(LRR):e-0.05=0.951，e-0.107=0.898）。这个比较是比较紫外线辐射和气候变暖对植物生产的影响（图1和表1）。
当丧失在较高的预测的范围之内时（41-60％），物种损失的等级影响很多其他环境变化的驱动,如变暖、臭氧和酸化。这个变化范围的中点，百分之五十的物种丧失，是21世纪预测全球物种灭绝的一个上端基准。但是仍可推断出景观被严重影响，大于90％的生境破坏。50％的物种损失预计将减少平均13％的生物量生产（e-0.144；表1），一致影响横跨陆地，淡水和海洋生态系统（补充图1）。相比较，CO2浓度升高的实验已经产生更大总体幅度的生物量变化（+24％）然而，这个是不同的自然生态系统以及在农业单一栽培的联合研究的平均值。在多品种群落进行的实验表明二氧化碳影响生产+12-13％的（见2，补充图CO2浓度升高下的最大量）-与预计50％的物种损失的影响相比。同样，氮（N）对植物生物量的生产平均影响取决于N增加的比率。N增加比率对集约化农业施肥生产的影响（+54%的因子实验）大于中间或高水平的物种丧失。然而，高程度的物种丧失对生产的影响程度，可比那些中间（17％，表1）或低的（在罕见的地面试验，补充图。 3）N增加比率。因此，高程度的物种丧失对生产的影响程度也类似于氮沉积增加，一个公认的环境问题。
相比于环境变化对初级生产的有记录以来最大的影响（例如，严重营养物污染，外来物种入侵，干旱），物种的损失将超过以前的生物大灭绝（≥75％物种的丧失）。在新世纪这种情况是不太可能在全球出现，但可能发生在生物体的某些类型中（例如，脊椎动物）在240 - 540多年内，如果按目前的灭绝率。它也可能发生于当地人类活动的尺度严重影响土地利用的各种生物体中。如果这种情况发生在植物中，在自然生态系统的生物量生产预计将下降平均水平的三分之一，超过所有其他环境变化的影响，除了外来物种入侵，干旱和多种污染物之间的相互作用（氮，磷，二氧化碳）适用于组合（图1）。然而，不确定灭绝的影响变大与物种损失的比例增加的关系，部分是因为生存物种的身份和生物性状对生物质生产的影响越来越大。种的重要性最明显可以从研究极端情况下多样群落减少到单一品种的实验看出。而多样性减少到单一物种的平均影响是损失生产中28％，与物种最多时相比，生产的分布范围从—68％至+62％。同样，如果能保护最单一的生产力，这些超过平均17％的最多样化的混合物种，但范围从—40％到+132％（表1;补充讨论，生产力部分）这些值范围涵盖了几乎所有其他环境变化的合理影响，并强调大量灭绝的可能结果的变化，可能导致物种和生态系统之间的功能差异。
实验分析，物种丰富度在其他环境变化因子组合从更广泛的meta-分析普遍增强了我们的结论，（表1，补充讨论，生产力部分）。在预测中间程度物种的损失的范围内（21-40％），物种损失对植物生物量生产的影响等于或超过了大气二氧化碳浓度升高的影响，也不逊于干旱的影响（表1和补充图4）。物种的丧失和环境变化之间的相互作用对于了解生态系统过程的网状效应是非常重要的，因为两者往往会同时出现（物种丧失的等级是环境变化之间主要驱动力）。我们比较实验条件下物种损失的影响与控制环境下的物种的损失的影响（平均单一公制）研究与这些生态系统过程的驱动程序之间的潜在相互作用（补充图5和6）。现有的证据表明，多样性的影响是独立于许多环境变化的（相互作用可检测的与0不同）。唯一的例外是N的增加在控制条件下升高，从而导致平均较小的影响多样性（p =0.043时，由N加权;补充图5）。然而，研究的匮乏意味着我们发现三个或更少的除了施肥外的任何改变的实验。显然，这是未来研究的重要课题。
环境的变化和物种的丧失对分解产生的影响都比生产小。然而，消费者物种损失对分解的影响类似于一些主要形式的环境变化的影响。腐生消费者丰富度的丧失使预计中等范围灭绝的分解率减少8%，上升的效果可以和CO2浓度升高（22％）和氮污染（22％）相比，虽然比在水生生态系统多种营养素的增加，酸化和植物入侵影响小（图2和表2）。消费者损失的影响更加明显，和在淡水中的一致，与陆地生态系统比，大多数实验都发生了（分别为-12％和-7％，50％的损失情况，补充图1）。和消费者物种的丧失的影响相比，凋落物多样性的丧失并没有改变平均分解率（图2和表2的补充讨论，分解部分）。因为物种的丧失使初级生产力的减少多余分解，未来物种的丧失可能会限制在生物圈中的碳吸收和储存能力。