森林和草地覆盖了全球大约一半的陆地面积，包含了全球60%的物种，与多项联合国可持续发展目标密切相关。然而，近年来，集约化农业和畜牧业的扩展导致森林和草地的生物多样性持续下降，已成为全球生物多样性危机的主要原因。自然界中，不同营养级通过生物多样性和相互作用提供多种重要的生态系统功能和服务，即生态系统多功能性。因此，明确多营养级生物多样性与生态系统多功能性之间的关系，对于预测全球生物多样性丧失的生态后果具有重要意义。尽管已有大量关于生物多样性与生态系统功能关系（BEF）的研究，但多集中于单一生态系统类型中的植物多样性，缺乏对多营养级生物多样性及其在不同生态系统中驱动多样性和多功能性关系潜在机制的全面研究。

中国科学院植物研究所刘晓娟研究员和团队成员，通过整合来自我国亚热带地区的大型森林生物多样性实验（BEF-China）和德国温带地区的大型草地生物多样性实验（Jena）多年来累积的多营养级和生态系统功能数据，揭示了无论在森林还是草地生态系统中，植物多样性通过提高其它营养水平的多样性促进了生态系统多功能性的重要机制，为深入理解生物多样性丧失影响生态系统功能的过程和机理提供了新视角。

图1. BEF-China森林生物多样性实验（上）和Jena草地生物多样性实验（下）

该研究评估了森林和草地两种生态系统类型中，基于12个类群（节肢动物植食者、捕食者、寄生者、土壤线虫和微生物等）的多营养级生物多样性与基于13种生态系统功能（群落生产力、稳定性、土壤碳储量、病虫害抵抗、捕食率等）的多功能性之间的关系，揭示了多营养级生物多样性对不同类型生态系统中植物多样性与生态系统多功能性关系的调节机制。研究结果显示：

（1）多营养级生物多样性与生态系统多功能性的关系强于任意单一营养级生物多样性与生态系统多功能性的关系。具体发现为：i. 在森林和草地生态系统中，单个营养级类群的物种多样性与至少一种（最多七种）生态系统功能存在显著的相关关系；ii. 与单个营养级相比，多营养级生物多样性对生态系统多功能性的促进作用更强，这表明生态系统多功能性需要更多的营养级类群共同维持。

图2. 森林和草地生态系统中，多营养级生物多样性和单营养级生物多样性与生态系统多功能性和生态系统单功能之间的关系

（2）多营养级生物多样性调控了植物多样性与生态系统多功能性的关系，并在结构更复杂的森林生态系统中作用更强。具体发现为：i. 植物多样性通过增加多营养级生物多样性提高了生态系统多功能性；ii. 考虑不同营养级生物多样性的作用时，植物多样性主要通过对地上营养级自下而上的促进作用提高生态系统多功能性；iii. 森林生态系统中，多营养级生物多样性对植物多样性-生态系统功能关系的调控作用更强。

图3. 森林和草地生态系统中，植物多样性通过多营养级生物多样性及其相互作用促进生态系统多功能性

综上所述，该研究揭示了多营养级生物多样性对植物多样性-生态系统多功能性关系的调控作用，以及该调控作用在不同类型生态系统中的一致性规律。这些结果深化了对多营养级生物调控生态系统功能机制的理解，还提示全球生物多样性保护策略及目标不仅需要关注植物多样性，同时也应给予包括昆虫、土壤动物及微生物等在内的其它营养级更多的关注。这也是未来应对气候变化时能够维持和增加森林及草地生态系统多功能性的关键。

植物研究所副研究员李逸为论文第一作者，刘晓娟研究员为通讯作者。中国科学院植物研究所马克平研究员、中国科学院动物研究所朱朝东研究员、苏黎世大学Bernhard Schmid教授、哥廷根大学Andreas Schuldt教授以及耶拿大学的Anne Ebeling教授等参加了研究。研究工作得到了科技部国家重点研发计划、国家基金委优秀青年基金以及中国科学院青促会优秀会员等项目的资助。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41559-024-02517-2

编辑 |余 荷

排版| 王大雪

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