成都生物所王斌团队揭示从种群到集合群落的跨营养级稳定性驱动机制

　　

森林生态系统的稳定性并非局限在单一的生态层次，而是从种群、群落到集合群落逐级传递并相互影响下综合作用的结果。在全球变化背景下，生物多样性丧失和环境波动加剧，使得不同生态层次之间稳定性的传递机制成为生态学研究的核心问题之一。尽管已有研究表明多样性有助于提升群落稳定性，但这种作用如何在不同生态层次尺度间发生变化，以及在不同营养级之间通过“自上而下”和“自下而上”过程实现耦合，仍缺乏系统性的实证检验。

近日，中国科学院成都生物研究所王明强副研究员依托亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验平台（BEF-China），联合中国科学院动物研究所朱朝东研究员、北京大学王少鹏教授、中国科学院植物研究所马克平院士、刘晓娟研究员、中国农业大学赵磊教授、德国哥廷根大学Andreas Schuldt教授和Georg Albert博士等国内外科研人员，系统解析了植物—植食性昆虫系统中稳定性在不同生态层次（种群、群落与集合群落）之间的传递机制，并量化了“自上而下”与“自下而上”调控的相对作用。相关成果以“Scaling biodiversity-stability relationships from populations to meta-communities across trophic levels”为题，近日发表在Nature Communications。

该研究基于BEF-China实验样地中包含树种多样性梯度的样方，整合了2017—2022年连续6年的鳞翅目幼虫群落与树木生长数据。通过构建1000个集合群落并利用结构方程模型，系统拆解了多样性、物种异步性和稳定性在不同生态层次及跨营养级的作用路径（图1），从而实现了对生态稳定性“跨尺度—跨营养级”机制的定量分析。主要研究结果表明：

1.?多样性通过“异步性机制”驱动稳定性在不同生态层次间传递。

在植物和植食性昆虫两个营养级中，物种多样性对稳定性的影响均主要通过调控物种间及群落间的异步动态实现。从群落到集合群落的不同生态层次尺度上，异步性始终是连接多样性与稳定性的关键中介，而种群稳定性在植物层面表现出更为重要的基础作用。

2.?“自上而下”调控主导跨营养级的稳定性传递。

研究表明，植食性昆虫对植物稳定性的影响显著强于植物对昆虫的“自下而上”作用。尤其是植食性昆虫物种多样性，通过提升植物种群稳定性和物种间异步性，进一步增强植物在群落和集合群落等更高生态层次上的稳定性，体现出明显的向下级联效应。

3.?多样性在不同营养级之间具有级联放大作用。

植食性昆虫多样性不仅提高其自身系统在不同生态层次上的稳定性，还通过跨营养级作用增强植物在更高生态层次尺度上的稳定性。这种跨层级的传递效应意味着，多样性丧失的影响可能被逐级放大，从而同时削弱多个生态层次的稳定性。

4.?“自下而上”效应整体较弱且部分呈负向。

尽管树种多样性在野外实验中受到人为操控，其对植食性昆虫稳定性的影响仍相对有限，并在群落和集合群落尺度上表现出轻微负效应（图3b）。这表明，在以广食性昆虫占主导的系统中，昆虫群落能够较快适应资源变化，从而削弱了植物多样性在不同生态层次上的向上传递作用。

综上，本研究表明，多样性—稳定性关系不仅存在于单一营养级内部，还通过复杂的跨层级路径在食物网中传递。其中，植食性昆虫多样性通过“自上而下”的控制效应在维持植物稳定性方面发挥关键作用，而传统认为占主导的“自下而上”过程在本研究系统中反而较弱。这一发现拓展了经典多样性—稳定性理论，将其从单一营养级推广至多营养级和多尺度框架。

在全球昆虫多样性持续下降的背景下，本研究结果具有重要启示意义：植食性昆虫的减少不仅会影响食物网结构，还可能削弱其对植物群落稳定性的调节作用，从而放大生态系统对环境波动的响应。因此，在森林经营与生物多样性保护中，应充分重视多营养级相互作用，避免仅从植物层面进行单一管理。多树种混交及维持昆虫多样性，可能是提升生态系统稳定性和抵御全球变化的重要策略。

上述研究以由中国科学院成都生物研究所为第一完成单位，王明强副研究员为论文第一作者，哥廷根大学Andreas Schuldt教授和中国科学院动物研究所朱朝东研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2022YFF0802300）、科技部基础资源调查专项（2023FY100203）、国家自然科学基金（32100343，32330013）、德国研究基金会（DFG）以及中国科学院先导专项（XDB310304）等多个项目的资助。王明强副研究员获得了德国洪堡基金会的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-75366-1

图1?稳定性在不同生态层次尺度及营养级之间的形成与传递机制示意图

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图2?结构方程模型揭示不同生态层次稳定性调控路径，涵盖营养级内与跨营养级过程

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图3?植物与植食性昆虫物种多样性对不同生态层次稳定性的交互作用效应大小统计