《Nature Communications》：Meta-analysis shows that plant mixtures reduce pathogens and invertebrate herbivores and increase plant productivity
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病原体与植食性无脊椎动物是影响生物多样性与生产力关系的关键。为解决植物多样性如何通过减少生物损害来维持更高生产力的问题，研究人员开展了一项全球尺度的Meta分析。研究发现，与单一种植相比，植物混种平均降低了30.1%的病原体丰度、31.7%的病原体损害，并降低21.6%的无脊椎植食者丰度及25.1%的损害，同时将植物生产力提升40.1%和35.7%。该结果揭示了植物多样性保护对降低植物生物损害、增强全球初级生产力的重要意义。
在自然和农业生态系统中，植物常常受到病原体和植食性动物的侵袭，这些生物胁迫是影响植物健康、生长和最终生产力的关键因素。与此同时，生物多样性，特别是植物物种的多样性，被广泛认为是维持生态系统功能和稳定性的基石。一个长期存在的生态学核心问题是：植物多样性究竟如何影响其遭受的生物损害，并进而调节整个生态系统的生产力？尽管“多样性-生产力”关系已被大量研究，但植物多样性通过减少病原体和植食者损害来维持更高生产力的具体机制和全球普遍性格局，此前仍缺乏系统性的量化认识。具体而言，植物混种（即多种植物共同种植）相比于单一种植（Monoculture），是否真的能普遍降低病虫害压力？这种降低效应对于不同类型的病虫害（如专性病原体和泛性病原体）有何差异？它又如何随着混种植物本身的多样性特征（如分类、功能、系统发育多样性）以及林分年龄的变化而改变？最重要的是，这种对生物损害的抑制效应，在多大程度上直接驱动了生产力的提升？为了回答这些悬而未决的问题，一项大规模的综合性研究得以开展。
为了回答上述问题，研究团队进行了一项全面的Meta分析（Meta-analysis）。该研究整合了来自全球316项独立研究的2315组观测数据，系统比较了植物混种与单一种植在病原体、植食性无脊椎动物的丰度与损害，以及植物生产力等方面的差异。研究评估了植物混种对生物损害和生产力影响的整体效应值，并进一步探究了这些效应值与混种植物多样性指标（包括分类、功能和系统发育多样性）以及林龄之间的关系。通过相关性分析，明确了混种对生物损害的影响与其对生产力影响之间的关联。
植物混种对病原体与植食性无脊椎动物的整体影响
分析结果显示，与单一种植相比，植物混种能够显著降低病原体和植食性无脊椎动物对植物的威胁。具体而言，混种使病原体的平均丰度降低了30.1%，其造成的植物损害降低了31.7%。对于植食性无脊椎动物，其平均丰度降低了21.6%，造成的损害降低了25.1%。与此同时，植物混种显著提升了植物生产力，生产力指标平均增加了40.1%和35.7%。这初步证实了植物多样性通过抑制生物损害来促进生产力的假设。
植物多样性特征对混种效应的影响
研究进一步发现，混种效应因病虫害的特性和混种植物多样性的类型而异。对于专性病原体和专性植食性无脊椎动物，混种的负效应（即抑制作用）随着混种植物群落分类多样性、功能多样性和系统发育多样性的增加而变得更强。这意味着，种植更多样、在功能和亲缘关系上差异更大的植物组合，能更有效地抑制那些依赖特定寄主的病虫害。然而，对于泛性病原体和泛性植食性无脊椎动物，混种效应与任何植物多样性指标均未表现出显著的相关性。这表明泛性物种受植物群落组成变化的影响较小。
林龄对混种效应的调节作用
时间维度上，林龄是一个重要的调节因子。随着林分年龄的增长，植物混种对病原体的抑制效应呈现减弱的趋势。相反，混种对植食性无脊椎动物的效应则随林龄发生了从抑制到促进的转变。这可能反映了生态系统发育过程中，生物群落结构、食物网关系及植物防御资源分配的动态变化。
混种对生物损害与生产力影响的关联
最关键的分析表明，植物混种对病原体和植食性无脊椎动物的效应（即损害减少的程度），与其对植物生产力的效应（即生产力提升的程度）之间存在显著的负相关关系。换句话说，混种在降低生物损害方面效果越显著，其对生产力的提升作用也越大。这一发现直接将生物损害的缓解与生产力的增益机制联系了起来，为“多样性-生产力”的正相关关系提供了一个强有力的机制性解释。
该研究通过全球尺度的Meta分析，首次系统量化了植物混种在减少病原体和植食性无脊椎动物损害、并同步提升植物生产力方面的显著效应。结论明确指出，植物多样性保护不仅是维护生态平衡的关键，更是一种有效的生物防治策略，能够实质性降低农业生产和自然生态系统中植物的生物胁迫，从而增强全球初级生产力。研究揭示了这种效应受病虫害特性、植物多样性维度以及生态系统发育阶段的调节，特别是证实了生物损害减少是驱动生产力提升的直接途径之一。这项工作将物种共存、种群调控和生态系统功能等多个生态学核心领域联系起来，为基于生态学原理的可持续农业管理、森林经营和生物多样性保护政策提供了坚实的科学依据。其成果已发表在《自然-通讯》（Nature Communications）期刊上。
