Nature | 储诚进、李远智团队发现高阶互作强化了树木多样性的纬度梯度格局
生物多样性纬度梯度格局(latitudinal diversity gradient, LDG)由亚历山大·冯·洪堡于1807年发现并提出，描述了物种多样性从赤道向两极递减的现象，是生态学中最稳健的生物地理格局之一，其中树木多样性的纬度格局尤为显著。200年来其背后生态学机制始终是学界激烈争论的焦点，现有超过百余种理论用来解释物种多样性纬度梯度格局。
同种负密度依赖(conspecific negative density denpdence, CNDD)指同种邻体对目标树木的负效应强于异种邻体，长期以来被认为是维持树木多样性纬度格局的重要机制之一。然而，当前的研究主要基于树木间的配对相互作用(比如CNDD)，却忽略了高阶相互作用(higher-order interactions, HOIs)的潜在影响。高阶互作是指两树木之间的配对互作受到其它邻体的调节(增强或减弱)的间接互作(图1)，因此又称为相互作用的调节(interaction modification)。有研究表明高阶互作能够显著影响树木的生长与存活，从而在物种共存与生物多样性维持中发挥重要作用。然而，高阶互作在森林群落中的普遍性，其随纬度的变化规律及其对树木多样性纬度格局的贡献，未有研究。
图1 高阶互作概念示意图。不存在其它邻体时(a)，邻体j对目标个体i的配对作用记为α_ij,true(橙色箭头)。存在邻体k时(b和c)，邻体k(发起者，initiator)可通过调节邻体j(传递者，transmitter)的某种性状，从而改变邻体j对目标个体i(受体，receiver)的配对作用α_ij,true。这种间接的影响即高阶互作(记作β_ijk，紫色箭头)，可增强(b)或减弱(c)α_ij,true。受邻体k调节后的配对作用记作α_ij,modified(蓝色箭头)。
4月29日，中山大学生态学院储诚进教授团队在Nature杂志发表题为“Higher-order interactions enhance the latitudinal tree diversity gradient”的论文。研究首次在全球尺度验证了森林群落中高阶互作的普遍性，发现高阶互作随纬度升高而减弱，揭示了其在塑造树木多样性纬度格局中的关键作用，为从生物互作角度理解物种多样性纬度梯度格局提供了新路径。该研究已被遴选为Nature杂志5月14日的封面论文。
该研究基于全球32个大型森林监测样地(面积从9-50公顷不等；包含300万余棵树和5000多树种，图2)的多次普查数据，系统地量化了树木间的配对互作和高阶互作。首先，该研究分析了1543个种群的生长和1340个种群的存活，分别发现40%和23%的树种受到邻体高阶互作的影响，首次揭示了高阶互作在全球森林群落中的普遍性。其次，研究发现高阶互作的强度随纬度升高而逐渐减弱，且通常减弱了邻体对目标树木的配对互作(图3)，该发现有助于整合并解释此前关于CNDD纬度格局的争论。最后，高阶互作通常对稀有树种均有促进作用，而对常见树种则表现为抑制作用，表明高阶互作对物种多样性维持具有稳定化效应(图4)。这种稳定化效应同样随纬度升高逐渐减弱，表明高阶互作在塑造树木多样性纬度格局中可能发挥了关键作用(图4) 。
图2 全球32个森林样地的地理分布(a)和树木多样性的纬度梯度格局(b)。
图3 配对互作与高阶互作的纬度格局。(a)和(b)分别展示种内(α_ii)和种间(α_ih)配对互作随纬度的变化规律，其中橙色和蓝色的点和线分别表示α_true是和α_modified(见图1)。(c)和(e)分别展示种内配互作受到同种邻体(β_iii：α_ii←i)与异种邻体(β_iih：α_ii←h)调节时的高阶互作随纬度的变化规律。(d)和(f)分别展示种间配互作受到同种邻体(β_ihi：α_ih←i)与异种邻体（β_ihh:α_ih←h)调节时的高阶互作随纬度的变化规律。各子图中的插图展示了这六类相互作用。图中展示了每个样地不同物种受到的竞争作用(α＜0，β＜0)和促进作用(α＞0，β＞0)的均值±标准误。当其强度随纬度有显著变化，则添加回归线(指数回归)。
图4 三个温度带中生长速率变化与物种多度之间关系。由配对互作与高阶互作累积效应(全部邻体对目标个体影响之和)引起的生长速率相对变化分别记作RC_PAIR(蓝色线)和RC_HOI(红色线)。三个温度带包括：热带(0°-23.5°, a)、亚热带(23.5°-35°, b)和温带(35°–66.5°, c)。
本研究揭示了配对互作与高阶互作在塑造树木多样性纬度格局中的关键协同作用，并有助于澄清CNDD在这一经典生物地理格局中的贡献，为解释生物多样性的纬度格局提供了新的视角。该研究受到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、广东车八岭岭南山地森林生物多样性与生物互作野外科学观测研究站等资助。32个大型森林固定样地来自中国森林生物多样性监测网络(CForBio)和全球森林监测网络(ForestGEO)。
该工作由全球70位作者共同完成，50个科研团队参与研究。我院副教授李远智和特聘副研究员肖俊丽为该论文的共同第一作者，储诚进教授为通讯作者。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10434-6
