植物性状调控单作与混作生物量的机制及其对生物多样性-生态系统功能关系的驱动作用

这篇综述通过六种植被动态模型实验，揭示了植物体型(size traits)和资源获取(resource traits)性状如何分别调控单作(monoculture)和混作(mixture)生物量，进而驱动生物多样性-生态系统功能(BEF)关系。研究发现体型性状能预测87%的单作生物量变异，而混作中资源性状重要性显著提升；当体型性状在两种体系中均起主导作用时，功能-优势相关性(function-dominance correlation)增强，导致BEF关系呈强正相关。该研究为预测物种丧失对生态系统功能的影响提供了普适性性状框架。

　　

Abstract

人类活动导致的环境变化正引发物种局部灭绝，理解生物多样性-生态系统功能(BEF)关系的变异机制对生态保护至关重要。本研究通过六种植物群落动态模型的虚拟实验，将性状划分为体型(size traits)和资源(resource traits)两类：体型性状反映空间资源获取潜力（如根系体积、最大高度），资源性状表征单位资源利用效率（如氮利用效率NUE、比叶面积SLA）。

Introduction

经典"取样效应"理论认为，高多样性群落更可能包含高功能物种。新近提出的"功能-优势相关性"(FDC)概念揭示：当单作高功能物种在混作中同样占据优势时，BEF关系呈强正相关。本研究假设：1）体型性状主导单作生物量；2）混作中资源性状重要性提升；3）体型性状的双体系一致性预测FDC强度。

Material and methods

选取六类已验证模型：

• Grass1/2：基于氮利用(NUE)与根系体积(RootingVolume)权衡的草地模型

• Grass3：包含放牧耐受性(GrazingTolerance)的个体模型

• Forest1/2：采用生长-生存(GrowthSurvival)和叶经济谱(LES)的森林模型

• Dryland：考虑水分分配的旱地模型

通过随机森林算法量化性状对单作（64物种）和混作（32物种×64群落）生物量的解释度，计算体型性状一致性指数√(VE_mono×VE_mix)。

Results

1. 单作规律：体型性状解释57-88%单作生物量（Dryland的MaxBiomass解释57%，Forest1的MaxHeight解释88%），仅Grass3由资源性状Gmax主导（65%）。

2. 混作转变：资源性状重要性普遍提升，如Forest2的LES解释34%混作生物量；Grass2中高NUE₂物种更具优势。

3. FDC机制：体型性状一致性指数与FDC强度（r²=0.03-0.87）及BEF斜率（-0.4~17.8）显著正相关（p<0.05）。

Discussion

体型性状通过空间资源垄断主导单作系统，符合"体积优先"假说；混作中资源性状重要性凸显反映生态位分化。当体型性状"双效"显著时（如Grass1），FDC驱动强正BEF关系；而Dryland因存储分配(StorageAllocation)与生物量脱钩导致FDC微弱。该框架为跨生态系统预测物种丧失效应提供了通用性状分类体系，未来可整合更多功能维度（如繁殖性状）提升预测精度。