基于植物功能特征的群落加权平均值能否揭示城市化背景下植物物种多样性与群落稳定性之间的关系？

《Urban Forestry & Urban Greening》：Can Community Weighted Mean Values Based on Plant Functional Traits Reveal the Relationship Between Plant Species Diversity and Community Stability Under Urbanization?

城市化进程中植被层多样性与稳定性关系研究，通过广州四区城市化梯度分析发现：树层多样性单峰变化，灌木层持续下降，草本层多样性提升；稳定性在轻中度城市化下降后于重度回升；功能性状如喜光性、花色鲜艳度及多途径种子传播机制的外来物种占比增加，且各层多样性对稳定性呈正向调控。

　　本研究聚焦于城市化进程中植物群落的多样性与稳定性之间的关系，通过对广州城市不同城市化程度下的样地进行分类，并采用嵌套采样设计来探讨树木、灌木和草本层的组成变化。研究发现，随着城市化程度的增加，树木层的物种多样性呈现出单峰模式，即先上升后下降，而灌木层的物种多样性则持续下降。草本层的物种多样性变化则表现出不同的趋势，某些具有阳光偏好、鲜艳花色以及多种传播机制的外来植物逐渐取代本地植物，成为城市植被的主要组成部分。这些变化不仅反映了城市化对植物群落结构的深远影响，也揭示了多样性与稳定性之间复杂的相互作用。

城市化是一个全球性的问题，尤其在中国，其速度之快令人瞩目。广州作为中国南部的经济、政治和文化中心，其城市化进程具有代表性。过去三十年间，广州每年平均损失约40平方公里的植被面积，尽管政府自2010年起积极实施绿化保护措施，但城市绿地面积仍在持续减少。此外，市中心区域的绿地数量和质量仍存在较大缺口，成为亟待解决的问题。城市植被的多样性与稳定性关系，相较于自然生态系统，目前尚不明确。城市植被通常由不同生活形态的植物组成，如乔木、灌木和草本，这种结构在自然过程与人类活动的共同作用下形成了独特的动态特征，为研究多样性与稳定性关系提供了新的视角。

在生态学研究中，物种多样性与群落稳定性之间的关系一直是核心议题。然而，相关研究结果却存在较大差异，有的显示正相关，有的则表现为负相关，甚至无显著关联。这种不一致性可能与研究对象的生态背景密切相关。例如，在一些喀斯特和沙漠环境中，物种多样性被认为能够增强群落的稳定性，而在其他情况下，特别是在长期气候变化的背景下，两者之间的关系则不显著。类似地，草地和森林生态系统也表现出不同的结果，这取决于群落稳定性是主要由生物因素（如物种多样性）还是非生物因素（如气候和土壤pH）驱动。这些研究结果表明，尽管在自然生态系统中，多样性与稳定性之间的关系已有较为深入的探讨，但在城市植被中，这一关系的适用性仍然缺乏明确的证据。

为了更好地理解这一机制，有必要关注城市植被结构的变化。特别是城市残留植被，它是在自然过程和人类干扰共同作用下形成的，呈现出多层次的结构特征。这种结构不仅有助于植物在不同空间和时间尺度上有效分配资源，还促进了多种植物物种的共存，并增强了群落对不良外部环境的抵御能力。这些特性为解释多样性与稳定性之间的关系提供了坚实的生态学基础。目前，关于城市植被中物种多样性与群落稳定性关系的研究仍然有限，大多数研究仅关注草本层。然而，城市环境本身具有高度的复杂性和变异性，植物多样性的影响因素往往相互重叠，这使得研究更加具有挑战性。

本研究通过广州城市四个中心城区的样地调查，探讨了不同城市化程度下植物群落的结构和组成变化。研究发现，随着城市化程度的增加，乔木、灌木和草本层的物种多样性呈现出不同的变化趋势。其中，乔木层的物种多样性在城市化初期有所上升，随后逐渐下降，这种变化模式与中间干扰假说（Intermediate Disturbance Hypothesis）相吻合。而灌木层的物种多样性则呈现出持续下降的趋势，这与城市化对植物群落的长期影响密切相关。草本层的物种多样性变化则表现出特定的驱动因素，如阳光偏好、鲜艳花色以及多种传播机制的外来植物逐渐取代本地植物，成为城市植被中的优势种。这种替代过程不仅影响了植物群落的结构，还可能对生态系统的功能产生深远影响。

在分析物种多样性对群落稳定性的影响时，研究采用了社区加权平均（Community Weighted Mean, CWM）的方法，以计算植物功能特征的社区加权平均值。CWM能够更全面地反映群落的功能特征，相较于传统的功能丰富度（FRic）、功能均匀度（FEve）、功能离散度（FDiv）和Raos二次熵（Rao’s Q）等指标，其在解释多样性与稳定性关系方面具有更强的适用性。此外，研究还发现，随着城市化程度的增加，植物群落的功能特征发生了显著变化，如高比叶面积（SLA）的植物被认为在温暖条件下对维持稳定性具有重要作用，而高叶干物质含量（LDMC）的CWM值则与物种多样性及整体生物量的稳定性密切相关。这些功能特征的变化不仅影响了植物群落的组成，还可能对生态系统的整体稳定性产生影响。

本研究还探讨了城市化对植物群落结构和功能特征的综合影响。随着城市化程度的增加，植物群落中具有较强环境适应能力的物种逐渐占据主导地位，这种变化不仅体现在物种多样性上，还体现在功能特征的分布上。例如，某些具有广泛分布和多种传播机制的植物表现出更高的抗逆性和恢复力，这使得它们能够在城市环境中占据特定的生态位，并增强群落的稳定性。这些特性在城市化梯度中可能更加明显，从而导致城市植被中更倾向于出现耐受性强且适应能力高的物种。通过分析这些功能特征的变化，本研究不仅揭示了城市化如何驱动植物群落的组成变化，还深化了对多样性与稳定性之间关系的理解。

此外，本研究还探讨了城市植被在不同城市化程度下的稳定性变化。结果显示，随着城市化程度的增加，所有三个植物层的稳定性均呈现出先下降后上升的趋势。这种变化可能与城市环境中植物功能特征的调整有关，例如，随着城市化程度的加深，植物群落中某些具有特定功能特征的物种逐渐取代其他物种，从而影响了群落的整体稳定性。然而，研究也发现，尽管城市化可能改变植物群落的组成，但物种多样性仍然在一定程度上对稳定性产生了积极影响。这种影响可能体现在植物功能特征的多样性上，例如，植物群落中功能特征的多样性能够增强其对环境变化的适应能力，从而提高稳定性。

综上所述，本研究通过广州城市不同城市化程度下的样地调查，揭示了城市化对植物群落结构和稳定性的影响。研究发现，物种多样性在城市化过程中呈现出不同的变化模式，而功能特征的变化则对稳定性产生了显著影响。这些发现不仅为理解城市化对生态系统的影响提供了新的视角，也为城市生态系统的管理和保护提供了理论支持。未来的研究应进一步关注城市植被的结构和功能特征，以更全面地揭示多样性与稳定性之间的关系，并为城市生态系统的可持续发展提供科学依据。