生物多样性保障全球生态系统服务与功能：BES/BEF关系形式、敏感性与未来预测

《Nature Ecology & Evolution》：Biodiversity safeguards ecosystem services and functions worldwide

　　

生物多样性丧失威胁人类所依赖的生态系统服务，但生物多样性–生态系统服务（biodiversity–ecosystem service，BES）与生物多样性–生态系统功能（biodiversity–ecosystem function，BEF）关系的强度、形式及环境依赖性仍缺乏充分量化。在此，研究人员综合423项研究，以确定生物多样性如何影响生态系统功能与服务供给。研究表明，包括水质与授粉在内的调节服务常呈线性关系，提示多样性具有加性作用。尽管生物多样性增强多数功能与服务，效应量（effect-size）分析显示，海洋“蓝碳”（blue carbon）封存异常敏感，揭示海洋生物多样性对气候缓解（climate mitigation）至关重要。相反，危害调节（hazard regulation）等服务似乎对生物多样性相对不敏感，而更依赖少数功能独特的基础物种（foundational species），但这些物种的持续存在仍与更广泛的群落相互依存。该新综合使影响预测成为可能，例如，生物多样性丧失将削弱经历人口增长和集约发展的国家的害虫调节（pest regulation），并强调生态系统服务可用于预判未来问题。

论文解读

研究背景与问题：生物多样性丧失威胁人类依赖的生态系统服务。人为压力如土地利用变化和外来物种引入已使约100万物种面临灭绝。全球政策需遏制下降，但生物多样性–生态系统服务（BES）和生物多样性–生态系统功能（BEF）关系的强度、形式及情境依赖性量化不足。已有BEF研究多集中于小尺度实验，缺乏跨生态系统和区域的全球综合；关系是线性还是饱和、功能冗余是否普遍，均未在全球尺度解决。研究人员采用政府间生物多样性和生态系统服务平台（Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services，IPBES）框架，区分生态系统功能和服务，并将碳封存单独评估。该论文发表在《Nature Ecology 》。

研究人员构建423项研究的全球数据库，覆盖陆地、淡水、海洋和河口系统，评估BES/BEF功能形式、效应量、情境因素，并预测害虫调节。结论是：生物多样性支撑多数功能和服务，海洋蓝碳封存尤其敏感；危害调节依赖功能独特基础物种；生物多样性效应受研究类型、生态系统类型和空间粒度调节；预测人口增长快和低人类发展指数（HDI）国家害虫调节下降。这为保护优先和以生态系统服务预判未来问题提供依据。

关键方法：从Web of Science分层检索并筛选文献，最终纳入423篇论文、1,959个数据集、222,829个数据点；来源包括Web of Science、PREDICTS项目生物多样性完整度指数（Biodiversity Intactness Index，BII）、IPCC共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways，SSPs）、联合国人口司数据和2023年HDI。分析用R 4.4.2；以Akaike权重比较线性、二次、对数模型；以Fisher’s Z转换（Fisher’s Z-transformed correlation coefficient，Z_r）计算效应量；用线性混合效应模型检验空间粒度、生态系统类型和研究类型；用Monte Carlo传播不确定性，并用空间自回归（spatial autoregressive，SAR）模型评估预测。

研究结果：
功能变异：BES和BEF关系（Functional variation in BES and BEF relationships）
通过23类关系的模型比较，二次和线性最普遍，仅少数为对数，说明多数服务在低生物多样性下未饱和。水质、危害和授粉等调节服务常线性，提示多样性具有加性作用；海洋碳封存和学习与灵感呈饱和。饱和点中位数在淡水约4（±2）种、陆地约14（±9）种、海洋约23（±17）种，淡水更快饱和。解释力多为低至中等，表明生物多样性重要但情境依赖。

量化生物多样性对生态系统服务和生态系统功能的影响（Quantifying biodiversity effects on ecosystem services and ecosystem functions）
通过标准化效应量框架，较高生物多样性增强多数BES和BEF，从碳捕获到食物生产。空气质量调节很弱（Z_r ?0.03），海洋碳封存很强（Z_r 1.48），但后者数据集少（n=7）。危害调节弱敏感（Z_r=0，r²=0.17），可能因由少数基础物种主导，如沙丘稳定灌木；但维持更广泛多样性仍对基础物种持续存在重要。

空间粒度、生态系统类型和研究类型对BES和BEF趋势的影响（Influence of spatial grain, ecosystem type and study type on BES and BEF trends）
通过线性混合效应模型，总体生物多样性效应随空间粒度增加而增强，但危害和极端事件调节、净初级生产力（net primary productivity，NPP）和生物量周转随粒度增加下降。淡水总体正效应（β=0.34，P=0.01），海洋总体负效应（β=–0.25，P=0.016），陆地不显著；类别间差异大。观察性研究效应略强于实验（β=0.03，P=0.005），尤其多功能性、授粉和种子传播、NPP。实验揭示机制但尺度小，观察覆盖更大尺度；文献偏陆地、发达国家和细尺度。

预测BES和BEF关系（Predicting BES and BEF relationships）
通过将BES数据与BII和IPCC SSP结合，以农业害虫调节为案例，预测自然天敌与害虫比。相比SSP2，SSP5下害虫调节降低，北美、南美和亚洲下降明显，澳新和非洲差异较小。人口增长快和低HDI国家下降更大。统计显示SSP5下害虫保护降低（β=–0.0488±0.0105，z=–4.65，P=3.34×10^?6），人口增长国家下降更大（β=–0.0088±0.0021，z=–4.28，P=1.85×10^?5），低HDI国家保护较低（β=0.176±0.038，z=4.59，P=4.41×10^?6），SSP5进一步加剧（β=–0.049±0.011，z=–4.60，P=4.27×10^?6）。模型未纳入物种脆弱性与功能贡献关系，也未模拟景观配置、作物类型、管理或气候直接影响。

讨论与结论：研究人员区分功能冗余与功能独特物种，保护优先需平衡整体多样性和不可替代基础类群；研究类型、生态系统类型和空间粒度调节效应。结论翻译：研究人员分析利用同类最大全球综合，表明生物多样性支撑广泛生态系统功能和服务，生物量周转、碳封存及食物和饲料供给对高生物多样性特别敏感。海洋碳封存异常敏感，凸显海洋保护紧迫性。将综合与启发式建模结合，可预测未来社会经济和土地利用情景下生物多样性丧失对关键功能和服务的影响，识别高风险区域和服务。区分功能冗余与独特物种，保护须兼顾整体多样性和不可替代基础类群。情境因素调节生物多样性效应。整合全球综合与跨系统实验、标准化性状和服务指标及分层采样，对解析机制和改善全球变化下服务预测至关重要。