中国农业大学资环学院孟博教授团队揭示生物多样性增产与稳定化效应的时间解耦机制

近日，生态学领域权威期刊《生态学快报》（Ecology Letters）杂志在线发表我校资源与环境学院孟博教授课题组研究论文《生物多样性效应对草地生产力与稳定性关系的时间解耦》（Temporal Decoupling of Biodiversity Effects on Grassland Productivity and Stability）。该研究基于Jena生物多样性实验的长期定位观测与历史移除实验，利用自主发展的生物多样性机制分解框架，揭示了生物多样性的生产力提升效应与稳定化效应在群落发展过程中逐渐解耦的动态规律。

生物多样性是维持生态系统功能的关键驱动力，其作用主要体现在两个维度：一方面，通过互补或选择效应提升生态系统功能的平均水平；另一方面，依靠由种间特异性贡献的补偿效应或种间互作机制，增强系统面对环境波动的时间稳定性。尽管大量理论与实证研究已分别验证了生物多样性在这两个维度上的有效性，但二者之间的内在关联与协同机制依然有待阐明。本研究发现，尽管生物多样性对生产力和稳定性的正向效应均随时间推移而增强，但二者之间的相关性却逐渐减弱（图1）。机制分析指出，稳定化效应的提升主要受物种特性差异贡献的时间增强所驱动。而作为耦合“多样性-生态系统功能关系”与“多样性-稳定性关系”的核心机制，种间互作对种群稳定性与种间同步性的影响，在实验第八年左右逐渐衰减并趋近于中性。

图1 生物多样性对群落生物量的净效应（NBEBio）与其对群落变异性效应的关系。其中对群落变异性的效应分解为：(a) 总体净效应（NBECV），(b) 物种特异性驱动机制（NIIECV），以及 (c) 种间互作驱动机制（NIDECV）。

此外，本研究还指出，种间互作对生态系统稳定性的影响高度依赖于局域环境（图2）。在相对干旱的观测周期内，种间互作能显著提高系统稳定性；而在相对适宜的环境周期，则表现为中性甚至会降低稳定性。

图2 Jena生物多样性实验（2003-2021年）各时间窗口内，生物多样性的 (a) 物种特异性驱动机制（NIIECV）与 (b) 种间互作驱动机制（NIDECV）随平均标准化降水蒸散指数（SPEI）的变化响应关系。

本研究为理解群落构建过程中的生态系统功能提供了全新视角。尽管多样化管理在生产力与稳定性能够实现“双赢”，但其潜在机制会随时间发生演变。这种多维度的研究视角有助于打破单一目标的生态管理模式，在环境变化背景下，须引入动态适应性的管理策略，以维系生产力、稳定性及其它生态系统属性之间不断演变的动态关系。

该研究与北京大学，德国生物多样性整合研究中心（iDiv），日本横滨国立大学共同合作完成。中国农业大学资源与环境学院教授孟博为论文独立第一作者，北京大学城市与环境学院王少鹏教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32425036, 32588202, 和32201301）资助。

孟博教授团队的研究方向关注于生态系统稳定性与农业可持续发展交叉领域，具体开展以下相关内容：(1)生物多样性与生态系统功能关系；(2)生态系统稳定性的多因子调控机制；(3)生态系统的尺度格局与推演；(4)农作物多样性与粮食安全。 目前已在Nature Ecology & Evolution、Nature Food、Ecology Letters和Ecology等生态学主流刊物上发表论文多篇。