Journal of Ecology | 跨代共存史可以弱化负面直接互作并增强促进作用

生态学文献分享 · 公众号 · · 2024-05-07 11:00

正文

生物多样性对于维持和增强生态系统服务非常重要。种间互作，无论是竞争还是促进，都是调节生物多样性和生态系统功能的关键机制。种间互作有直接互作和间接互作，其不仅影响了物种的生存和繁殖，还可能导致物种的适应性发生改变。现代农业通常侧重于单一作物的高产种植，可能忽略了通过作物间互作增效的潜力。为此，本文引入了作物间共适应（ co-adaptation ）的概念，即通过长期共存历史，作物间可能形成相互支持的关系，从而减少竞争强度，增强促进作用。

基于上述背景，本研究提出了如下问题：第一，共适应历史是否可以改变作物间竞争（负面直接互作）和促进（正面间接互作）的程度。第二，直接和间接互作在共适应过程中是否同等重要。第三，共适应如何影响作物种间互作网络的传递性或非传递性。第四，共适应对作物群落生产力与互作强度关系的影响。

本研究包括六种不同的作物，分别属于三个功能组：谷物（燕麦和小麦）、豆类（扁豆和羽扇豆）和草本植物（亚麻荠和芫荽）。这些作物根据它们是否有共存历史被分为两组，一组具有三年的共存历史，另一组没有共存历史。实验设计包括单种植、两种混合和三种混合。使用相对互作指数（ RII ）来量化不同种植组合中的直接和间接互作强度。

实验结果表明，在具有共适应历史的混合种植群落中，植物间的竞争明显减少。例如，与无共存史的群落相比，共适应的群落中作物的平均生物量提高了大约 26% ，显示出竞争强度的明显降低。在共适应的条件下，负面直接互作强度显著减少。例如，在共同适应的作物组合中，直接互作指数（ RII ）从平均 -0.3 减少到 -0.15 ，表明直接竞争的减少。同时，促进效应，即正面的间接互作，也有所增强，尤其是在某些作物如豆类和谷物的混种中更为明显。在共适应的背景下，直接互作对作物生长的影响大于间接互作。直接互作的变化对作物生物量和产量的影响更直接和显著，而间接互作虽然存在促进效应，但其影响相对较小。

综合而言，具有减少负面互作的共适应作物种可能有潜力提高生产力，尤其是在更多样化的种植系统中。这支持了间作是走向更可持续农业和具有进一步产量潜力的栽培品种优化的重要途径的观点。研究的不足在于，间接互作对共适应的作用不如直接互作明显，而且研究中使用的种植密度与推荐的农业实践不符，可能影响了互作强度的评估。此外，实验仅限于特定的环境和作物种类，其结果的普适性可能受到限制。

图 1. 不同类型的种间互作示意图。 (a) 直接（成对）互作，其中 A 和 B 之间存在互相负面影响。 (b) 间接互作，当 C 与 A 和 B 互作时， B 对 A 的原始负面影响被减弱（或解除），因为 C 对 B 的竞争力更强。因此， C 对 A 有正面的间接影响（虚线）。 (c) 非传递互作，其中每个个体比另一个个体更具竞争力（类似“石头 - 剪刀 - 布”）。 (d) 传递（层级）互作，其中 A 比 B 和 C 更具竞争力， B 比 C 更具竞争力。