通过基底面积、林分年龄和降水阈值，结构多样性对森林生产力的影响从负面转变为正面

《Journal of Ecology》：Structural diversity shifts from negative to positive associations with forest productivity via basal area, stand age, and precipitation thresholds

本研究利用美国林务局森林调查与分析（FIA）数据库，分析了结构多样性（SDPR）与生态系统生产力之间的关系，发现SDPR在低和高中度结构多样性下呈现负和正效应，并受基面积、林龄和年降水的影响，强调其环境依赖性，为生物多样性保护和气候变化适应提供理论支持。

　　

摘要

1. 理解生物多样性与生态系统生产力之间的关系是生态学中的一个核心挑战。结构多样性——即群落中个体在大小、高度和空间排列上的变化——被认为是生产力的关键驱动因素，但以往的研究结果并不一致，这使其在生态系统功能中的作用仍不明确。
2. 阐明结构多样性与生产力之间的关系（SDPR）不仅对于推进生态学理论至关重要，也为生物多样性保护、资源管理和各生态系统的适应策略提供依据。在此研究中，我们利用了美国农业部林业局的森林清查与分析（FIA）数据库，该数据库涵盖了美国本土大部分森林生态系统中3307个样地内的95,602棵树木。我们通过分析结构多样性、基面积、林分年龄和年降水量等因素对树木生长的影响，研究了SDPR的变化情况。同时，我们还汇总了1974年至2022年间发表的关于SDPR的研究，并比较了不同研究中显示的年均降水量与SDPR之间的关系（正相关或负相关）。
3. 我们发现：（1）在结构多样性较低的情况下，SDPR呈负相关；（2）基面积越大，SDPR越呈正相关；（3）随着林分的发展，SDPR越呈正相关；（4）在结构多样性较低的情况下，年降水量越大，SDPR越呈正相关，但在结构多样性较高的情况下，SDPR转为负相关；而且，降水量越大时SDPR呈负相关的现象与已发表的研究结果一致，即降水量较大时SDPR为负相关的案例比SDPR为正相关的案例更多。
4. 综合分析：我们的研究结果表明，结构多样性在调节生态系统生产力方面具有依赖于具体环境的作用，这种作用受到林分结构和气候的影响。这项研究对于理解生态系统功能具有广泛的意义，特别是生物多样性如何与环境及结构特征相互作用，在全球变化背景下影响生产力。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

同行评审

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数据可用性声明

本出版物附带的数据和R代码可从Dryad存储库获取：https://doi.org/10.5061/dryad.0gb5mkmdq（Hwang & Zhai, 2025）。原始原始数据来自美国农业部林业局的森林清查与分析（FIA）数据库：https://research.fs.usda.gov/products/dataandtools/fia-datamart。