張睿洋、牛書麗等在Nature Plants發(fā)文揭示植物多樣性與生產(chǎn)力穩(wěn)定性關(guān)系的時間尺度依賴性
維持生態(tài)系統(tǒng)功能穩(wěn)定性是應(yīng)對全球變化、保障人類社會可持續(xù)發(fā)展的核心科學(xué)問題。大量生態(tài)學(xué)實驗證實，植物多樣性能夠提升生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的時間穩(wěn)定性。然而，一個長期懸而未決的關(guān)鍵問題在于：在自然生態(tài)系統(tǒng)中，生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系是否會隨時間尺度而變化？需要觀測多長時間才能準(zhǔn)確捕捉到多樣性的穩(wěn)定效應(yīng)？盡管近期來自美國Cedar Creek、德國Jena等地的長期控制實驗已揭示植物多樣性效應(yīng)隨時間增強的規(guī)律，但自然生態(tài)系統(tǒng)具有更加復(fù)雜的氣候環(huán)境波動和群落種間互作過程，使得實驗條件下的結(jié)論難以直接外推至真實的自然系統(tǒng)。因此，厘清自然條件下多樣性-穩(wěn)定性關(guān)系的時間動態(tài)，已成為理解和預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)如何響應(yīng)全球變化的前沿挑戰(zhàn)。
針對上述科學(xué)問題，生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬重點實驗室牛書麗研究團隊基于第二次青藏高原綜合科學(xué)考察的植被樣帶調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合全球植物多樣性與生產(chǎn)力數(shù)據(jù)庫，首次系統(tǒng)揭示了自然生態(tài)系統(tǒng)中植物多樣性-生產(chǎn)力穩(wěn)定性關(guān)系隨時間尺度的動態(tài)變化規(guī)律，明確了這一關(guān)系趨于穩(wěn)定的關(guān)鍵時間閾值，并量化了不同多樣性維度對長期穩(wěn)定性的相對貢獻(xiàn)。
研究發(fā)現(xiàn)，在區(qū)域與全球尺度上，植物多樣性對生產(chǎn)力的穩(wěn)定效應(yīng)隨時間增強，并在10-13年達(dá)到飽和。這表明，需要至少十年尺度的觀測才能可靠捕捉植物多樣性的穩(wěn)定作用。
此外，研究揭示了不同維度多樣性的貢獻(xiàn)具有顯著的時間依賴性。在短期（約5年）內(nèi)，群落平均株高是穩(wěn)定生產(chǎn)力的最主要驅(qū)動力。然而，隨著時間尺度延長至十年及以上，系統(tǒng)發(fā)育多樣性成為驅(qū)動長期生產(chǎn)力穩(wěn)定的主導(dǎo)生物因素。該研究進(jìn)一步指出，植物系統(tǒng)發(fā)育多樣性通過調(diào)控功能性狀組成，介導(dǎo)了氣候波動對生態(tài)系統(tǒng)長期穩(wěn)定性的間接影響。這一發(fā)現(xiàn)凸顯了系統(tǒng)發(fā)育多樣性在緩沖環(huán)境波動、維持生態(tài)系統(tǒng)長期功能中的核心作用。
研究結(jié)果首次為自然生態(tài)系統(tǒng)中多樣性-穩(wěn)定性關(guān)系的時間依賴性提供了堅實證據(jù)，明確了約十年這一關(guān)鍵觀測閾值。這警示我們，過短的觀測周期可能無法捕捉真實的群落動態(tài)，從而低估植物多樣性對維持生態(tài)系統(tǒng)長期穩(wěn)定的重要性。同時強調(diào)，在未來生物多樣性保護(hù)與生態(tài)系統(tǒng)管理策略中，應(yīng)特別重視系統(tǒng)發(fā)育多樣性的評估與維持，以提升生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對全球變化的穩(wěn)定性。
該成果以“Decadal-scale observations are key to detecting the stabilizing effects of plant diversity in natural ecosystems”為題，于2025年在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Nature Plants》。實驗室張睿洋副研究員為論文第一作者，牛書麗研究員為通訊作者。北京大學(xué)王少鵬教授、美國佐治亞理工學(xué)院蔣林教授、浙江農(nóng)林大學(xué)陳信力教授、西藏農(nóng)牧大學(xué)魏學(xué)紅教授，以及實驗室朱軍濤研究員、田大栓研究員、汪金松研究員、趙廣副研究員等參與了該項研究。研究得到了國家自然科學(xué)基金卓越研究群體項目、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。
論文信息：Zhang R., Su C., Wang Y., Wang S., Tian D., Wang J., Jiang L., Chen X., Zhu J., Pan J., Zhao G., Quan Q., Yan P., He Y., Li Y., Song L., Peng J., Yan Y., He Y., Wei X., Niu S.*. Decadal-scale observations are key to detecting the stabilizing effects of plant diversity in natural ecosystems. Nature Plants. (2025).?DOI: 10.1038/s41477-025-02189-1.
植物生產(chǎn)力穩(wěn)定性與多樣性效應(yīng)隨時間尺度的變化
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