【摘要】：

生物多样性与生产力关系的尺度依赖性强调了理解β多样性的重要性，而生产力与β多样性的关系及其多种调控机制的相对重要性尚不明确。本文以北美西部18个生态区9592个样地为研究对象，基于美国林业局的森林清查数据进行分析。结果表明，局域尺度密度制约的相对强度变化可以解释生产力与β多样性的关系，而区域尺度物种库的变化对这一关系的解释有限。因此，种内和种间相互作用强度的变化可能影响全球生物多样性的格局。

【研究背景】：

区域尺度物种多样性通常随着初级生产力的增加而增加，而局域尺度物种多样性与生产力的关系差异很大，这种生物多样性与生产力关系的尺度依赖性是由于群落物种组成变化即β多样性造成的，然而目前生产力与β多样性的关系并不明确。

研究认为主要有以下四个机制解释了生产力与β多样性的关系(图 1)：

①物种库机制，在生产力较高的地区有较大的物种库，一个物种同时出现在不同地方的概率低，区域β多样性高;②环境异质性机制，环境异质性高的区域能提供更丰富的生态位，区域β多样性高;③种间密度制约机制(HNDD)，生产力低的区域有更高的HNDD，使得竞争排斥、似然竞争和生境分化的作用加强，α多样性高，β多样性低;④种内密度制约机制(CNDD)，生产力高的区域有更高的CNDD，限制优势种生长，导致物种组成较为均匀，α多样性高，β多样性低。

其中①②是区域尺度的过程，③④是局域尺度的过程。

生产力与β多样性的关系可由多种机制共同调控，然而这些机制对解释生产力-β多样性关系的相对重要性鲜有研究。

【科学问题】：

1.区域和局域尺度生产力与多样性的关系，β多样性是否随生产力变化而变化;

2.区域物种库在多大程度上解释了生产力与β多样性的关系;

3.环境异质性在多大程度上解释了生产力与β多样性的关系;

4.种间密度制约(HNDD)和种内密度制约(CNDD)的强度是否随生产力的变化而变化，HNDD和CNDD在不同生产力水平下的强度差异是否解释了区域过程无法解释的生产力与β多样性的关系。

【研究方法】

本研究使用美国林业局(US Forest Service, USFS)的森林清查数据(http://www.fia.fs.fed.us/tools-data)，包括横跨北美西部的18个生态区(由USFS根据海拔、气候等因素定义)的9592个样地(图 2a)，利用线性回归、零模型等方法探究区域和局域尺度4种机制对生产力与β多样性关系的相对重要性。

研究结果

随着生产力提高，区域和局域的生物多样性都会随之提高(图 2b)，β多样性与区域生产力呈负相关(图 3a)。

通过对比β多样性与生产力的回归情况(图 3a)与未被物种库解释的β多样性与生产力的回归情况(图 3b)，可以得知区域物种库可以解释生产力与β多样性的关系。但环境异质性与区域生产力无关(图 3c)，且区域其他变量与区域生产力均无关。因此区域尺度只有物种库机制解释了生产力与β多样性的关系，剩余大部分未被区域过程所解释的部分由局域尺度的密度制约解释。

局域尺度HNDD和CNDD都可以解释生产力与β多样性的关系。生产力较低的地方HNDD较强，促进生境分化，提高环境异质性，区域β多样性较高(图 4abc);生产力较高的地方CNDD强，限制优势种的发展，使群落组成更加均匀化，区域β多样性较低(图 4def)。因此，大尺度生产力与β多样性关系的变化主要受局域尺度物种相互作用相对强度的变化所调控。

【编者小结】

作者将调控生产力与β多样性关系的作用机制，按区域和局域尺度的分开研究，探讨不同机制的相对重要性。结果表明，大尺度生产力与β多样性关系的变化主要受局域尺度物种相互作用强度的变化所调控。文章角度新颖，反向探究生产力对生物多样性的影响，为我们更好地理解不同尺度下生物多样性与生产力关系的差异提供了新思路。

编译：杨卓

校对：孙静、程安鹏

审订：李珊

原文下载链接：https://www.nature.com/articles/s41559-017-0225-4