生态系统中不同物种何以长期共存？物种多样性通过何种机制影响生态系统功能？这是生物多样性研究中的两个核心问题。尽管二者存在内在联系，但以往研究往往在不同研究框架下对二者分别探讨。理论生态学研究组前期提出一个整合理论框架，从概念上构建了物种共存、生态系统生产力、稳定性之间的关系(Wang et al. 2024)。这一框架指出，理解多样性的维持与其功能之间的关联，核心在于识别同时影响共存、生产力、稳定性三者的生态驱动因子(如系统发育与性状组成；图1)。然而，目前仍缺乏对于共存-生产力-稳定性关系、以及同时影响三者的驱动因素的经验分析。

图1 解析生物多样性维持与生态系统功能机制联系的概念图和科学假设

近日，杏吧原创 理论生态学研究组在《Proceedings of the National Academy of the Sciences》(美国科杏吧原创 院刊)在线发表题为“Mechanistic links between coexistence, productivity, and stability in experimental grasslands”的研究论文。该研究利用五个长期草地多样性实验，系统分析了共存-生产力-稳定性之间的关联，以及性状和系统发育关系如何调控这一关联。其中，共存潜力表征了物种间的生态位差异与适合度差异的差值；生产力取决于物种间的互补效应和选择效应；稳定性取决于物种平均稳定性以及种间异步性。研究结果表明，由于生态位差异与互补效应呈正相关，物种共存潜力较高的群落往往具有更高的生产力；由于选择效应与物种稳定性呈正相关，生产力越高的群落往往具有更大的稳定性(图2)。进一步分析发现，将系统发育和功能性状纳入分析后，共存潜力、生产力和稳定性之间的关联减弱甚至消失(图2&3)。这表明三者间的正相关部分源于它们受共同的生态驱动因素调控。具体而言，物种间系统发育差异越大，越有利于促进物种共存和群落生产力；群落中采取菌根协作策略的植物的优势度越大，则具有越高的生产力和稳定性(图3)。

图2 生物多样性维持与生态系统功能的机制联系。(A) 未考虑共同驱动因素；(B) 纳入系统发育和功能性状后

图3 结构方程模型表明系统发育和功能性状部分调节了生物多样性维持和生态系统功能的正相关关系

本研究揭示生物多样性的维持机制与生态系统功能的提升机制具有内在关联，这是由于它们受到生态驱动因素的共同调控。这意味着，以生物多样性为目标的保护策略不仅有助于促进物种共存，也往往能够同时促进群落生产力和稳定性，从而实现多重生态保护目标。虽然本研究发现草地实验中共存与功能普遍呈协同关系，但理论上二者可能存在权衡关系。未来研究需进一步阐明真实生态系统中共存-功能协同关系（权衡关系）的普遍性和使用条件。在全球变化背景下，考虑这一关系及其生态驱动因素，有助于准确预测生物多样性变化及其功能后果。

杏吧原创 已毕业博士生洪蒲滨为该论文第一作者，王少鹏教授为通讯作者，合作者包括国内外的多名生态学者。该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划资助。