植物光合作用固定下来的能量沿食物链首先流向相邻营养级的植食性动物。植物-植食性动物相互关系是自然界中最普遍、最重要的一种种间关系, 是食物网理论的基础与核心。该文从植食性动物对植物个体、种群和群落特征的影响, 以及植物在个体、种群和群落3个水平上对植食性动物的防御机制与策略两方面, 综述了当前植物-植食性动物相互关系的研究进展。植食性动物的采食, 可以显著改变植物个体或种群的生长、繁殖和存活率, 植物种群的变化则进一步反馈于植物群落组成和多样性特征。相应地, 植物在个体、种群和群落水平形成了一系列的防御机制, 其中在个体和种群水平以化学与物理防御为主, 而群落水平则是通过影响动物的行为或天敌而实现的。该文对相关领域的重要假说和理论进行了介绍、比较。最后, 该文提出了植物-植食性动物相互关系研究的未来发展趋势。随着全球变化和人类活动对自然系统干扰的加剧, 在不同的时空尺度上探索这些干扰如何影响动植物关系, 以及这些影响如何反馈于生态系统的结构、功能和稳定性, 不但有重要的理论意义, 也将为未来制定合理的生态系统管理政策提供实际支撑。

生态群落中不同物种间发生多样化的相互作用, 形成了复杂的种间互作网络。复杂生态网络的结构如何影响群落的生态系统功能及稳定性是群落生态学的核心问题之一。种间互作直接影响到物质和能量在生态系统不同组分之间的流动和循环以及群落构建过程, 使得网络结构与生态系统功能和群落稳定性密切相关。在群落及生态系统水平上开展种间互作网络研究将为群落的构建机制、生物多样性维持、生态系统稳定性、物种协同进化和性状分化等领域提供新的视野。当前生物多样性及生态系统功能受到全球变化的极大影响, 研究种间互作网络的拓扑结构、构建机制、稳定性和生态功能也可为生物多样性的保护和管理提供依据。该文从网络结构、构建机制、网络结构和稳定性关系、种间互作对生态系统功能的影响等4个方面综述当前种间网络研究进展, 并提出在今后的研究中利用机器学习和多层网络等来探究环境变化对种间互作网络结构和功能的影响, 并实现理论和实证研究的有效整合。

食物网主要依靠基于不同营养级间物种互作形成的上行与下行调控维持其结构。全球变化能够改变种间关系, 威胁生物多样性的维持, 然而目前对全球变化改变食物网结构的机制仍处于探索阶段。近年来通过大时空格局与多营养级食物网研究, 发现全球变化的作用机制主要可归结为3种: 物候错配、关键种丧失与生物入侵。该文聚焦于这3种机制, 综述各种机制造成的食物网结构变化并探讨相关的进化与生态驱动因素。三种干扰机制均通过改变原有种间关系, 影响食物网调控, 改变食物网结构。不同的是, 物候错配造成的种间关系变化是由于不同物种的物候对全球变化产生非同步响应所致; 关键种丧失则使营养级间取食/捕食关系发生变化甚至缺失; 而入侵物种通过竞争排除同营养级物种改变种间关系。最后, 该文提出食物网结构变化的实质是物种是否能够适应快速变化的生态环境, 并据此展望未来研究方向。随着全球变化影响日益加剧, 急需继续深入探索导致全球变化下食物网结构改变的机制, 为制定合理的生物多样性保护与生态修复规划提供重要理论支撑。

随着气候变化和人类活动的加剧, 生态系统组成与结构的时空动态正变得日益剧烈和复杂, 许多生态系统呈退化趋势。全球变化背景下的生态系统动态及其形成机制既是生态学的基础理论问题, 也是生态系统修复和保护中亟需认识的关键应用问题。该文在概述连续型、阈值型和随机型等生态系统动态模式的基础上, 分析生物互作影响生态系统动态的机理; 结合次生演替、稳态转换、物种分布区移位等研究热点, 总结有关生物互作对生态系统动态影响的主要研究进展; 并探讨相关生物互作理论在生态系统保护和修复中的应用。日益丰富的研究表明, 竞争、促进(包括共生)、营养级间的互作等一系列生物互作可直接或间接驱动或改变生态系统在不同时空尺度上变化的模式、方向及速率; 在生态系统管理实践中, 应用生物互作的相关理论有望大幅提升生态系统保护和修复的成效。进一步丰富和完善该领域的基础理论及应用实践, 需要今后在生物互作对生态系统动态影响的时空变异机制、多重干扰下生物互作对生态系统动态的影响、生物互作在生态系统保护和修复中的应用等方面开展深入研究。

近10年来, 生物多样性与生态系统多功能性(BEMF)的关系是生物多样性与生态系统功能领域新兴的热点研究方向。生态系统多功能性是指生态系统同时提供多重生态系统功能的能力, 受到群落和生态系统生态学研究者的广泛关注。该文简要回顾了生物多样性与生态系统多功能性关系研究历史, 侧重介绍了生态系统多功能性量化方法发展历程, 并总结了生物多样性与生态系统多功能性研究的主要趋势, 包括生物多样性维度、时空尺度和全球变化驱动因子等对生态系统多功能性的影响。同时, 回顾了近5年生物多样性与生态系统多功能性关系研究的新方法、新方向; 根据生态系统服务和生态系统功能的区别, 提出了生态系统多服务性(ecosystem multiserviceability, EMS)概念。最后简要介绍了生物多样性与生态系统多功能性、生物多样性与生态系统多服务性(BEMS)研究存在的不足及对未来的展望。

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。

在全球变化背景下, 生态系统能否长期有效地维持功能并提供服务, 有赖于其稳定性。生态系统稳定性及其与生物多样性的关系, 是生态学研究的核心问题, 生物多样性能否促进生态系统稳定性曾引起很多争论。该文在前期国内外综述和研究的基础上, 重点从以下三个方面对近期进展做了总结。第一, 介绍了近期理论研究在生态系统稳定性的内涵及不同稳定性指标间的内在关联方面取得的新认识。第二, 梳理了最近基于生物多样性实验开展的多项整合分析研究和理论探索, 以及在多维度框架下开展的多样性-稳定性关系研究。第三, 详细介绍了最近发展起来的多尺度稳定性理论框架, 对稳定性的尺度依赖、多样性-稳定性的多尺度关系等新议题做了探讨。最后, 提出了本领域有待进一步研究的关键问题和方向建议。

全面认识和理解生态系统服务的形成机制是维持其持续供给的前提。植物功能性状直接参与多种生态系统过程, 影响生态系统服务供给, 探讨植物功能性状与生态系统服务的关系是揭示生态系统服务形成机制的重要途径。该文采用系统的文献综述方法, 分析了植物功能性状与生态系统服务关系的研究特点, 总结了影响不同生态系统服务的主要植物功能性状, 阐述了可能的影响途径。结果表明: 植物功能性状与生态系统服务关系研究以草地和森林等自然生态系统为主; 大部分研究集中在生态系统供给服务和支持服务, 包括生物量、净初级生产力、土壤肥力等; 根据植物功能性状对不同生态系统服务的影响程度, 植物功能性状可以聚类为土壤保持服务相关性状、水分循环相关性状、多功能相关性状、产品提供服务与养分循环相关性状以及授粉与生物控制服务相关性状; 并阐述了植物功能性状指标影响不同的生态系统服务途径。围绕植物功能性状对生态系统服务的影响, 今后尚需进一步探讨生态系统多功能性、植物功能性状相关性、气候变化和人类活动不确定性、时空尺度差异等因素对二者关系的影响。

叶片是植物与环境进行水气交换的重要场所, 形态多变。叶片形态可直接影响植物的生理生化过程, 反映植物的资源获取策略。该文以叶片大小、叶形、叶缘特征(有无叶齿)和叶型(单、复叶)等形态性状为例, 总结了当前叶片形态的研究进展, 分析了叶形态性状的生态功能, 综述叶片形态的地理分布, 探讨叶片形态性状变化的驱动因素及其对生态系统功能的影响。现有研究主要聚焦于局域尺度的特定类群, 关注叶大小、叶缘具齿性以及叶型的地理分布与生态成因, 发现叶片的形态发育受基因调控, 叶形态性状与其他性状相互权衡, 其空间变异受气温和降水量共同驱动。以叶大小为代表的叶片形态性状影响水分和养分循环, 能够反映气候变化下的群落响应, 也可用于预测生态系统初级生产力。今后应结合新方法获得覆盖度高且区域无偏的数据, 探索叶形态在长时间尺度上的适应性进化, 研究叶形态特征及其对生态系统功能影响的尺度推绎。该文有助于从叶片的角度认识植物对环境变化的响应, 以性状为桥梁将个体适合度、群落动态与生态系统功能联系起来, 能够加深对植物群落生态学和功能生物地理学等相关领域研究进展的了解。