《Nature》文章：生物多样性是增强还是减弱生态系统稳定性？

研究背景与意义

20世纪以来，人类活动和气候变化使得生物多样性正以惊人的速度丧失，成为威胁地球生物生存和发展的一大挑战。20世纪50年代，就有生态学家提出了”生物多样性越高，生态系统稳定性越强”的观点，这种正相互关系在此后很长时间内被广泛接受。20世纪70年代，以May为代表的学者得出了与前人研究结果相反的结论，即“生态系统复杂性的增加将削弱系统的稳定性”，由此开启了生态学界半个多世纪的“多样性-稳定性”之争。

研究内容与目的

 以往的实验和模型揭示了多样性对稳定性各个组成部分的正向、负向和无影响，但这些稳定性组成部分如何共同变化仍不清楚。为理解生态系统的时间变化、抵抗力和整体稳定性对物种多样性的响应，研究人员以水生纤毛虫群落为研究对象进行了一项大型的因子（温度×物种丰富度）控制实验。

研究方法及过程

1、研究实验对象：水生纤毛虫

2、实验控制性：生长速度快，可短时间在人造基质上群集并获得较高的密度和丰度，在实验室条件下可以精确控制和操纵纤毛虫群落。

3、敏感性：对环境变化的反应更敏感，可以作为评估生态系统健康状况和稳定性的有效指示生物。

4、生态代表性：纤毛虫作为水体微食物网的核心组分，在物质循环、能量流动和水环境健康维护中发挥着重要作用。

研究方法

文章采用了实验方法，通过在690个微生态系统中操纵温度（15, 17, 19, 21, 23, 25°C）和物种丰富度（1至6种食细菌纤毛虫），研究了生物多样性对生态系统稳定性的影响。使用视频采样技术记录纤毛虫的生物量动态，每天采样一次，持续7天，之后每周三次，总共57天。通过线性混合效应模型分析了物种丰富度和温度对生物量动态的影响，并计算了时间稳定性和抵抗力等稳定性组分。 研究还探讨了统计平均效应和物种异步性等潜在机制。

研究结果

从图1中可得出以下结果：图a：1、时间稳定性与物种丰富度的关系：物种丰富度增加了生态系统的时间稳定性；2、抵抗力与物种丰富度的关系：物种丰富度越高，生物量对温度变化的抵抗力越低。图b:在实验初期，物种丰富的社区生物量增加，但随着时间的推移，生物量逐渐下降。物种丰富的社区在生物量上表现更为显著。图c：1、温度对生物量有负面影响；2、多样性对生物量有正面影响，且在更高的多样性下，温度对生物量的负面影响更大。图d：在物种丰富度梯度上，时间稳定性和抵抗力呈现负相关性——即物种丰富度增加时，时间稳定性增加，但抵抗力降低。

从图2中可得出以下结果：1、多样性对生态系统稳定性不同组成部分的影响是复杂的，即：生态系统的稳定性不是由单一因素决定的，而是受到多种因素的共同影响；2、尽管许多研究显示多样性对某些稳定性组成部分有正影响，但也有研究表明多样性对其他组成部分有负影响或没有影响；3、在考虑多样性对生态系统稳定性的影响时，需要考虑多个稳定性组成部分及其相互关系的重要性。

从图3中可以得出以下结果：图a:引入Q值，使用这个参数Q值将测量的稳定性组成部分转换为一个可以在不同生态系统功能和稳定性指标之间进行比较的值。图b:多样性与整体生态系统稳定性之间的关系从峰值形变为平坦形，再到U形，证明多样性对生态系统稳定性的影响是非单调的。图c：展示了从峰值形到U形关系的转变是如何平滑地依赖于Q值的，即阈值的位置。Q值的选择对于理解多样性与整体生态系统稳定性之间的关系至关重要。不同的Q值可能导致完全不同的生态学解释和政策指导。

研究结论：

1、多样性对时间稳定性和抵抗力的影响：物种丰富度增加可以提高生态系统的时间稳定性，但同时会降低生态系统对温度变化的抵抗力。2、多样性与生态系统稳定性的非单调关系：生物多样性与整体生态系统稳定性之间的关系可能是峰值形或U形的，这意味着在低多样性时生物多样性可能增加稳定性，而在高多样性时可能降低稳定性，或者相反。3、多样性对生态系统多功能性的影响：多样性对生态系统多功能性的影响也可能是非单调的，这取决于多样性如何影响不同的生态系统功能。

来源：Nature