大量生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，生物多樣性能夠顯著增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性。例如，物種豐富的生態(tài)系統(tǒng)通常具有更高的生產(chǎn)力和更小的時(shí)間變異性。然而，關(guān)于多樣性促進(jìn)功能和穩(wěn)定性的內(nèi)在機(jī)制，一直是生態(tài)學(xué)界爭論的焦點(diǎn)問題。在生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系領(lǐng)域，Loreau和Hector (2001, Nature)發(fā)展了經(jīng)典的加性分解框架，將多樣性的作用機(jī)制分解為互補(bǔ)效應(yīng)和選擇效應(yīng)，這一方法已成為該領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)研究中的標(biāo)準(zhǔn)分析范式。但在多樣性-穩(wěn)定性關(guān)系研究中，始終缺乏一個(gè)類似的分析框架，制約了學(xué)術(shù)界對于多樣性影響穩(wěn)定性的作用機(jī)制的量化分析和深入理解。特別值得關(guān)注的是：生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升究竟源于不同物種對環(huán)境變化的特異性響應(yīng)，還是來自物種間的相互作用？這一科學(xué)問題的解答，對于預(yù)測全球變化背景下生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持具有重要意義。

2025年7月11日，北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院王少鵬研究組在《自然·生態(tài)與進(jìn)化》(Nature Ecology & Evolution)在線發(fā)表題為 “Stabilizing effects of biodiversity arise from species-specific dynamics rather than interspecific interactions in grasslands”的研究論文。該研究構(gòu)建了一個(gè)理論分解框架，將生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)變異性的作用分解為兩方面：物種特異性驅(qū)動的機(jī)制(interaction-independent effects，例如物種對環(huán)境的特異性響應(yīng))和物種間相互作用驅(qū)動的機(jī)制(interaction-dependent effects，例如種間競爭)(圖1)。基于這一框架，利用Lotka-Volterra競爭模型和來自歐美34個(gè)草地生物多樣性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定量分析了多樣性提升穩(wěn)定性的作用機(jī)制。理論分析表明，競爭可降低物種間的同步性，但與此同時(shí)增強(qiáng)了物種自身的變異性，這兩個(gè)效應(yīng)在很大程度上抵消，使得競爭對群落整體變異性的凈效應(yīng)極弱。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持了理論模型的結(jié)果：隨著物種多樣性的增加，草地群落生物量的變異性降低，這主要是由于物種對環(huán)境擾動的特異性響應(yīng)所致，而物種間相互作用的影響較小。總言之，多樣性提升穩(wěn)定性的作用機(jī)制主要來自不同物種的特異性響應(yīng)，而非物種間的相互作用。

圖1. 多樣性促進(jìn)穩(wěn)定性的作用機(jī)制可分解為兩方面：物種特異性驅(qū)動的機(jī)制(NIIE)與物種間相互作用驅(qū)動的機(jī)制(NIDE)

圖2. 穩(wěn)定性維持機(jī)制隨多樣性增加的變化：a-d為理論模型結(jié)果，e-h為實(shí)驗(yàn)結(jié)果

該研究發(fā)展了多樣性-穩(wěn)定性的機(jī)制分解框架，并基于此首次量化了物種間相互作用對草地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。這一分解框架有望為該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究提供新的分析范式，并有助于澄清多樣性促進(jìn)功能與穩(wěn)定性的作用機(jī)制之間的關(guān)聯(lián)。該文在線發(fā)表的同時(shí)，Nature Ecology & Evolution期刊配發(fā)了蘇黎世大學(xué)Frank Pennekamp博士撰寫的評述(News & Views)，認(rèn)為該文提出的理論框架有望革新多樣性-穩(wěn)定性研究領(lǐng)域：“Just as the additive partition transformed our understanding of biodiversity–ecosystem functioning, the partitioning approach developed by Meng et al. might prove equally transformative for understanding the stability dimension of biodiversity–ecosystem functioning.”

北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院博士后孟博論文第一作者，王少鵬教授為通訊作者，合作者包括國內(nèi)外的多名生態(tài)學(xué)者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助。