目前关于物种多样性能促进森林生产力的研究，大多只关注植物多样性，缺乏对其它营养级生物多样性的验证，这限制了对生物多样性-生态系统功能关系内在机制的理解。北京时间2023年4月27日，中国科学院植物研究所马克平团队在Nature Ecology & Evolution 在线发表了题为“Multitrophic arthropod diversity mediates tree diversity effects on primary productivity”的研究成果，揭示了昆虫多样性对树种多样性-森林生产力关系的关键调节机制。
森林生物多样性是全球生物多样性保护的关键，但受到人类活动和气候变化的影响正加速丧失，这对生态系统功能构成严重威胁。目前虽已有关于物种多样性能促进森林生产力的研究，但大多只关注植物多样性，缺乏对其它营养级生物多样性的验证，这限制了对生物多样性-生态系统功能关系内在机制的理解。昆虫是动物界中多样性和数量最多的纲，几乎遍布各种类型的栖息地。它们通过与植物的多种相互作用，在全球生态系统中发挥着不可替代的作用。亚热带森林拥有丰富的植物多样性，是昆虫最重要的栖息环境之一。然而，昆虫多样性是否会影响森林生态系统功能以及该影响随树种多样性如何变化却鲜有报道。
图1. BEF-China亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验样地A (摄影：李珊)，取食植物叶片的鳞翅目幼虫(摄影：Andreas Schuldt)，捕食潜叶幼虫的蜾蠃(摄影：陈华燕)
研究组科研人员利用建立在我国亚热带地区的大型森林生物多样性与生态系统功能实验（BEF-China）连续多年的植物和昆虫的野外调查数据，首次通过森林生物多样性控制实验，揭示了昆虫多样性对树种多样性-森林生产力关系的关键调节机制。
该研究评估了树种多样性对不同昆虫类群（植食性昆虫和天敌昆虫）多样性的作用及其对森林生产力的影响，以确定昆虫多样性对树种多样性-森林生产力关系的调控机制。研究揭示了：
（1）树种多样性对昆虫多样性的影响及其变化规律: 通过验证树种多样性对不同昆虫类群，包括植食性昆虫、捕食性昆虫以及寄生性昆虫，多样性和多度的影响，发现：i）树种多样性对所有昆虫类群的物种多样性和多度均表现出一致的促进作用；ii）树种多样性对昆虫多样性的影响随该类群所处的营养级升高而减弱，即树种多样性对植食性昆虫物种多样性的促进作用最强，对捕食性和寄生性昆虫的影响则减弱。
图2. 树种多样性对不同昆虫类群物种多样性的影响
（2）昆虫多样性对森林生产力的影响及其调控机制: 通过验证不同昆虫类群多样性与森林生产力的关系，发现捕食性昆虫和寄生性昆虫物种多样性和多度均显著促进了森林生产力。进一步通过量化各营养级类群间的关系发现：i）树种多样性和群落性状均值通过增加多营养级昆虫多样性和多度提高了森林生产力；ii）将昆虫类群拆解为植食性昆虫和天敌昆虫发现，这种促进作用的关键机制是树种多样性的增加促进了天敌昆虫多样性，这加剧了天敌对植食性昆虫的捕食和寄生，进而降低了它们对植物叶片的取食和消耗，最终促进了森林生产力的提高。
图3. 昆虫多样性在树种多样性-生产力关系中的调节作用
这些发现表明：森林生态系统中，树种多样性的增加不仅能够直接提高森林生产力，更能够通过促进昆虫多样性以及天敌昆虫对植食性昆虫的下行控制效应间接提高森林生产力。此前基于德国耶拿草地大型控制实验的研究发现植物多样性能促进昆虫多样性，但未检测到天敌的下行控制效应。而本项研究证实了森林生态系统中存在很强的天敌控制效应，对森林生产力具有关键的调节作用。
综上所述，该研究基于野外控制实验的多年监测数据揭示了昆虫多样性以及天敌昆虫的下行控制效应在植物多样性-生态系统功能中的关键调节作用。同时也证实保护和恢复树种多样性高的混交林能实现提高多营养级生物多样性和森林生态系统功能的双赢目标。这对进一步从多营养级视角理解BEF关系及其内在机制，以及促进管理部门及公众认识昆虫多样性、保护森林生物多样性具有重要意义。
中科院植物研究所博士后李逸为论文的第一作者，刘晓娟研究员和马克平研究员为共同通讯作者。中国科学院动物研究所的朱朝东研究员和苏黎世大学的Bernhard Schmid教授等参与了该项研究。本研究得到了科技部国家重点研发计划、国家优秀青年科学基金、中国科学院B类战略性先导项目以及中科院青促会等项目的资助。
封面图片：李珊拍摄。
