《Nature Communications》：Plant diversity’s positive effect on soil respiration diminishes with increasing productivity in global forests
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为了揭示全球森林生态系统中植物多样性对土壤呼吸这一关键碳循环过程的调控机制及其在不同生产力背景下的变化规律，研究人员整合了全球植物物种丰富度与土壤呼吸数据集。通过沿净初级生产力梯度分层分析，并结合结构方程模型控制环境协变量，研究发现植物物种丰富度在低至中等生产力森林中显著增强土壤呼吸，但在高生产力森林中此效应减弱。该结果为理解生物多样性在调控生态系统碳通量中的情境依赖性作用提供了重要见解。
在地球这个生命系统中，森林扮演着举足轻重的角色，它们不仅是生物多样性的宝库，更是调节大气中二氧化碳浓度、影响全球气候变化的关键引擎。土壤呼吸——即土壤向大气释放二氧化碳的过程——是森林碳循环中至关重要的一环。长久以来，科学家们知道，植物生长得越繁茂（即净初级生产力越高），土壤呼吸通常也越旺盛。然而，一个悬而未决的核心谜题是：在生产力各不相同的森林里，构成森林的植物种类多寡（即植物多样性），究竟如何影响土壤“呼吸”的强弱？这种影响是否会随着森林生产力的高低而发生变化？在全球尺度上厘清植物多样性、生产力与土壤呼吸三者间的复杂关系，对于精准预测未来气候变化背景下陆地生态系统的碳收支与反馈至关重要。
为了回答这些关键问题，一组研究人员在《自然-通讯》期刊上发表了一项开创性研究。他们致力于探究植物物种丰富度如何沿着全球森林的净初级生产力梯度调控土壤呼吸。通过整合两项全球植物物种丰富度数据集（包括树木物种丰富度和维管植物物种丰富度）以及一个基于6355个实地观测数据、利用深度学习模型估算得到的全球土壤呼吸数据集，研究团队绘制了一幅前所未有的全球图景。
为了开展这项研究，作者主要采用了几个关键技术方法：首先，数据整合与处理，融合了多个全球数据库以获取植物物种丰富度与土壤呼吸的匹配数据。其次，沿梯度分层分析，将全球森林依据净初级生产率进行分层。再次，结构方程建模，用于量化植物多样性对土壤呼吸的直接和间接效应，同时控制气候、土壤和植被等协变量的影响。最后，统计分析，包括相关性分析和回归分析，以检验不同生产力水平下多样性-呼吸关系的差异。
研究结果表明，植物多样性对土壤呼吸的影响并非一成不变，而是强烈依赖于森林生态系统的生产力水平。
植物多样性增强低至中等生产力森林的土壤呼吸
在净初级生产力低于每年1300克碳每平方米的森林中，数据分析显示，更高的植物物种丰富度与更强的土壤呼吸显著相关。这意味着，在资源相对有限、生产力并非极高的森林里，拥有更多种类的植物能够促进土壤微生物的活动和根系呼吸，从而向大气释放更多的二氧化碳。
植物多样性对高生产力森林土壤呼吸的影响减弱
然而，当森林的净初级生产力超过上述阈值，进入高生产力区间时，植物多样性与土壤呼吸之间的正相关关系显著减弱，甚至变得不再显著。在高产的森林系统中，土壤呼吸的速率似乎更多地被温度、水分等非生物环境因素所主导，植物种类多寡所起的调节作用相对有限。
生物多样性作用的情境依赖性
通过结构方程模型的深入剖析，研究揭示了一个核心机制：植物多样性的生态效应是具有情境依赖性的。在资源受限的低产系统中，生物多样性通过互补效应等机制，能够更有效地利用有限资源，从而放大其对土壤呼吸等地下过程的调控作用。相反，在资源充沛的高产系统中，非生物因素（如气候和土壤条件）成为更强大的驱动者，掩盖了生物多样性可能带来的细微影响。
这项研究的结论深刻阐明了生物多样性在调控生态系统碳循环中动态而复杂的角色。它证实了植物多样性是影响全球森林土壤呼吸的关键因素，但其重要性随着生态系统生产力水平的升高而递减。在低至中等生产力的森林中，保护植物多样性对于维持土壤碳通量至关重要；而在高生产力森林中，气候变化等非生物压力可能对土壤呼吸产生更直接的影响。这一发现不仅增进了我们对“生物多样性-生态系统功能”关系的理解，更重要的是，它为改进全球碳循环模型、更准确地预测未来碳-气候反馈提供了关键的科学依据。它提醒我们，在评估和管理森林碳汇功能时，必须考虑生态系统所处的生产力背景，采取差异化的策略，而不能将生物多样性的作用一概而论。
