Nature Communications | 中山大学马子龙团队揭示植物多样性影响生产力的跨营养级调控机制

1研究背景

       随着人类活动导致植物多样性持续下降，理解生物多样性与生态系统功能之间的关系对于优化管理和保护策略至关重要。来自其他营养级（如病原菌和植食动物）的生物反馈被认为是调控生物多样性-生态系统生产力关系的关键机制。然而，在全球尺度上，植物多样性对病虫害及生产力的影响是否具有普适性，以及这种影响如何受多样性度量指标（分类、功能、系统发育多样性）、病原菌和无脊椎草食动物类型（专性、广食性）、群落年龄及气候背景的调控，目前仍缺乏系统性的定量评估。本研究基于全球316项研究的2315组观测数据，系统探讨了植物多样性对病原菌和无脊椎草食动物影响及其与生产力关联的调控机制。

2核心结果

       本研究从全球尺度证实了保护和提升植物多样性是一种有效的自然解决方案，能够通过抑制病虫害压力来增强生态系统功能。研究强调，在生态恢复和造林实践中，不仅要关注物种数量，更应重视功能性状和进化谱系的差异，以构建更具抗性的植物群落。此外，由于病原菌和草食动物对多样性的响应存在时间上的差异，管理策略应考虑不同阶段的保护重点。本研究将生物多样性—生态系统功能关系进一步拓展到多营养级互作视角，为应对气候变化下的生态系统管理提供了科学依据。

图1. 植物混合对专性和广食性病原菌及无脊椎草食动物表现的影响

       其次是时间动态的演变特征，随着群落年龄的增加，植物混合效应对病原菌的抑制作用持续增强，这可能与有益微生物的积累有关（图2a）；相反，随着群落年龄增加，植物混合对无脊椎草食动物的抑制作用逐渐减弱，部分情况下甚至可由负效应转为正效应。显示出草食动物对多样化环境的适应或调节（图2b）。

图2. 群落年龄对植物混合抑制病原菌和无脊椎草食动物表现的影响
 

       最后，结构方程模型结果表明，植物混合对病原菌和无脊椎草食动物的抑制效应与生产力提升呈负相关，这表明病虫害压力下降可能是植物多样性提高生产力的重要机制之一。具体而言，功能多样性和系统发育多样性的增加可通过降低专性病原菌和无脊椎草食动物，产生正向间接效应，进而提高植物产量（图3）。
 

图3. 植物多样性通过抑制病原菌和草食动物影响生产力的结构方程模型

3结论与启示

       本研究从全球尺度证实了保护和提升植物多样性是一种有效的自然解决方案，能够通过抑制病虫害压力来增强生态系统功能。研究强调，在生态恢复和造林实践中，不仅要关注物种数量，更应重视功能性状和进化谱系的差异，以构建更具抗性的植物群落。此外，由于病原菌和草食动物对多样性的响应存在时间上的差异，管理策略应考虑不同阶段的保护重点。本研究将生物多样性—生态系统功能关系进一步拓展到多营养级互作视角，为应对气候变化下的生态系统管理提供了科学依据。

4论文信息

       该研究结果以 “Meta-analysis shows that plant mixtures reduce pathogens and invertebrate herbivores and increase plant productivity” 为题发表在国际综合类学术期刊Nature Communications上。中山大学生态学院2021级博士生黄晨燕为论文的第一作者，中山大学生态学院GROOT团队PI马子龙副教授为论文的通讯作者，湖首大学陈汉教授、中山大学程文达副教授、浙江农林大学陈信力教授为论文的共同作者。该研究受到国家自然科学基金、广东省面上项目、深圳市面上项目等项目的资助。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-70609-7