优势植物物种以及昆虫通过独立和相互作用的方式，共同塑造了地上和地下的植物群落结构及生态系统功能

《Ecology and Evolution》：A Dominant Plant Species and Insects Independently and Interactively Shape Plant Community Structure and Ecosystem Function Above- and Below-Ground

地上生物量、分解率、功能性状和微气候稳定性等生态系统参数在加拿大金缕梅移除且昆虫减少的条件下达到峰值，揭示优势植物与昆虫 herbivores 的协同调控机制，强调多因子交互作用对陆地生态系统恢复力的重要性。

　　
本研究聚焦于陆地植物群落中优势植物（以加拿大金盏花*Solidago canadensis*为例）与昆虫 herbivores 的独立及交互作用，系统评估了两者对地上和地下生态系统功能的影响，并探讨了时间维度上的稳定性变化。通过为期三年的实验干预，研究揭示了以下核心发现与生态学意义：

### 一、优势植物与昆虫的独立及交互效应
1. **植物生物量与群落结构**
- 优势植物*S. canadensis*的存在显著提高了地上总生物量（较去除后高26%），其机制可能涉及对光资源的竞争（去除*S. canadensis*后光照增强64%）和土壤水分的调节（VWC提高）。
- 昆虫 herbivores 的存在显著降低了地上总生物量（较昆虫减少后高37%），这与其直接啃食植物组织、间接通过影响植物生长策略实现的效应相关。
- **交互作用**：当同时去除*S. canadensis*和减少昆虫数量时，地上总生物量达到最高水平（较对照组高26%+37%），表明两者的抑制效应存在叠加作用。但值得注意的是，这种交互效应未显著改变土壤有机质分解速率（p=0.07），可能因*S. canadensis*的地下根系网络调节了微生物活性。

2. **次生植物群落的响应**
- 次生植物总生物量在*S. canadensis*去除后显著增加（较对照高111%），且在昆虫减少条件下增幅最大。这种补偿效应可能源于*S. canadensis*去除后释放的资源（光、水）促进了次生植物的繁殖。
- 次生草本植物生物量在*S. canadensis*去除后增加尤为显著（较对照高196%），而禾本科和灌木植物未受显著影响，表明优势植物的抑制效应主要针对功能群相似（同为草本）的次生物种。
- 次生植物物种丰富度仅在*S. canadensis*去除后显著提升（增加19%），而昆虫减少对物种丰富度的影响不显著，暗示优势植物对群落多样性的压制作用更强。

3. **功能性状的群落加权均值（CWM）**
- 植物高度（H）和叶氮浓度（LNC）的CWM在*S. canadensis*去除后显著升高，表明次生植物为适应资源可利用性的改变，增强了垂直竞争能力（H）和氮代谢效率（LNC）。
- 叶碳氮比（C:N）在*S. canadensis*存在且昆虫减少时最高，提示昆虫压力可能促使植物积累更多氮素以增强抗虫性，而*S. canadensis*的遮荫效应可能加剧了这一权衡。
- 值得注意的是，叶面积（LA）、比叶面积（SLA）和叶干物质含量（LDMC）未受显著影响，表明*S. canadensis*与昆虫的调控作用主要作用于植物生长策略的特定维度（如竞争形态与营养代谢）。

### 二、生态系统功能的时空稳定性
1. **物质循环**
- 土壤有机质分解速率在*S. canadensis*去除且昆虫减少时达到峰值，这可能与光照增强促进分解菌活性，以及昆虫减少后植物残体中氮素含量提高（LNC增加14%）有关。
- 分解速率的交互效应未达显著水平（p=0.07），暗示*S. canadensis*和昆虫对分解的调控可能通过不同路径实现，例如优势植物通过根系分泌物调节微生物群落，而昆虫通过摄食影响植物残体质量。

2. **微气候调节**
- *S. canadensis*的去除显著改善光照条件（光照强度提升64%）和土壤含水量（VWC升高），表明该物种在群落中承担着“遮荫者”和“水源调节者”的双重角色。
- 昆虫减少对土壤温度（°C）和VWC的影响不显著，说明昆虫主要通过摄食作用而非直接改变土壤物理环境。

### 三、时间维度上的稳定性差异
1. **生物量波动性**
- 总生物量的时间波动性（CV值）在*S. canadensis*去除且昆虫减少时达到最高（CV=54.3%），表明生物量恢复过程中存在显著的不稳定性。这种不稳定性可能源于次生植物群落的补偿机制尚未完全建立，或昆虫压力解除后次生植物竞争加剧导致的动态平衡。
- 对比发现，*S. canadensis*存在且昆虫减少时，生物量波动性最低（CV=36.25%），表明优势植物的稳定化效应可能部分抵消昆虫减少的负面影响。

2. **物种丰富度的稳定性**
- 物种丰富度的CV值在所有处理组中均未显著变化，表明昆虫 herbivores 对多样性维持的作用弱于优势植物的抑制效应。例如，*S. canadensis*的去除虽提高了物种丰富度（+19%），但恢复过程中未出现多样性波动，暗示优势植物的生态位排斥效应具有持续性。

### 四、生态学机制与理论启示
1. **资源竞争的层级性**
- *S. canadensis*通过占据光资源（遮荫效应）和调节土壤水分（VWC降低）直接压制次生植物，而昆虫 herbivores 通过消费植物组织间接影响群落结构。两者的调控路径在空间（地上/地下）和时间（短期波动/长期恢复）上存在差异。

2. **功能性状的适应性进化**
- 次生植物的H和LNC响应*S. canadensis*去除和昆虫减少，提示植物可能通过形态调整（如 taller植株获取更多光照）和氮代谢优化（如 higher LNC）实现适应性进化。这种响应在*S. canadensis*去除且昆虫减少时达到最优，表明两者压力叠加可能触发更复杂的生态适应。

3. **稳定性-生产力的权衡**
- 生物量稳定性（CV值）与总生物量呈现负相关，即高生产量系统（*S. canadensis*存在）稳定性更强，而低生产量系统（*S. canadensis*去除且昆虫减少）虽恢复至对照组生物量水平，但恢复过程波动性更高。这支持了“高稳态假说”（H destabilization hypothesis），即生物量越高的系统因资源利用效率更高而越稳定。

### 五、研究局限与未来方向
1. **实验设计的边界条件**
- 研究仅持续三年，可能不足以观测长期演替效应（如*S. canadensis*去除后的群落更替）。
- 昆虫控制方法（化学杀虫剂）可能引入非靶标效应，需通过天敌引入或生物防治方法进一步验证。

2. **微生物组研究的缺失**
- 虽然发现昆虫减少可能通过改变植物残体质量间接影响分解速率，但未直接检测土壤微生物群落结构，未来可通过宏基因组学揭示*S. canadensis*与昆虫的互作路径。

3. **跨生态系统的普适性验证**
- 当前研究基于北美温带草本植物群落，需在干旱区、森林等不同生境中重复实验，以检验结论的普适性。

### 六、应用价值与政策建议
1. **植被恢复策略优化**
- 去除入侵优势种（如*S. canadensis*）并结合昆虫管理（如天敌释放）可能更有效恢复生物量，但需警惕稳定性下降风险。
- 在*S. canadensis*主导的群落中，优先控制昆虫数量可能比单纯移除*S. canadensis*更能维持短期生产力。

2. **生物多样性保护优先级**
- 研究表明，优势植物的压制效应（如生物量、稳定性）远大于昆虫 herbivores 的调控作用，因此在生物多样性保护中应优先消除优势物种的压制效应。

3. **气候变化背景下的适应性管理**
- 全球变暖可能加剧*S. canadensis*的竞争优势（如耐旱性增强），需结合昆虫调控策略应对未来气候变化。

本研究为理解陆地生态系统“优势种-消费者”互作机制提供了重要证据，特别揭示了优势植物通过改变微气候和资源分配间接影响昆虫生态位的调控路径。这些发现为退化生态系统修复、入侵物种防控及全球变化应对策略提供了理论依据，建议后续研究关注长期演替、微生物组互作及多尺度生态网络模拟。