演替理论是植被生态学研究的核心问题，也是指导退化生态系统恢复的关键理论，被认为是解决当代人类环境危机的基础。经典演替理论认为，随着演替的进程，生态系统的稳定性逐渐提高。这一观点被广泛写入生态学教科书中，并已成为生态恢复的指导思想。但是，针对这一观点的长期实证研究依旧十分缺乏。
10月6日，华东师范大学生态与环境科学学院黎绍鹏教授团队领衔在Science Advances杂志在线发表题为Scale-dependent changes in ecosystem temporal stability over six decades of succession的研究论文。该研究发现演替进程中生态系统稳定性的变化趋势具有典型的空间尺度依赖特征，揭示了只有在大的空间尺度上才能检测出稳定性随演替显著增加的趋势，进而改变了“生态系统稳定性总是随演替进程逐渐提高”的传统观点。
这一研究利用全球历时最长的弃耕地次生演替连续监测序列，基于多尺度稳定性理论框架，解析了60年演替进程中生态系统时间稳定性在样地和样方大小两个空间尺度上的变化趋势。结果表明：在大的空间尺度上，时间稳定性随着演替的深入逐渐升高；而在小的尺度上，时间稳定性并未在演替进程中呈现上升的趋势。在小的尺度上，虽然演替后期物种的稳定性更高，但是不同物种随时间波动的同步性也升高，二者相互抵消，导致小尺度上演替后期生态系统并未趋于稳定。在大尺度上，演替后期生态系统稳定性的提高主要是不同样方的不同步波动所导致的。
图2. A)在大尺度上，生态系统时间稳定性随着演替显著增加；B)在小尺度上，时间稳定性并未随着演替呈现显著增加的趋势
研究人员进一步发现，生物多样性和生态系统稳定性关系也存在典型的空间尺度依赖性。在小的尺度上，生物多样性和稳定性并未呈现显著的相关关系；在大的尺度上，生物多样性和稳定性通常呈现正相关关系，且相比物种多样性，功能多样性和稳定性的相关关系更为显著。这一研究结果表明，功能多样性的维持对于提高退化生态系统的稳定性尤为关键。
图3. 演替-稳定性和多样性-稳定性关系的空间尺度依赖性概念框架。
生态系统演替理论作为指导退化生态系统重建的重要基础理论，如何检验相关假说和观点的有效性依旧存在很大的瓶颈。本研究将长时间动态监测和多尺度稳定性理论框架相结合，实现了弃耕地演替进程的准确量度，进而打破了学界对于生态系统演替规律的传统认知，并为发展新的演替学说和生态恢复理论提供契机。
华东师范大学博士生孟亚妮为论文第一作者，黎绍鹏教授为本文通讯作者，华东师范大学为论文第一完成单位。合作者包括佐治亚理工学院蒋林教授，北京大学的王少鹏教授和伊利诺伊大学的Scott Meiners教授。本研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、面上项目和上海市青年科技启明星计划等项目的资助。
团队合影
论文链接：http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi1279
文：孟亚妮
来源：生态与环境科学学院
