极端干旱下，草地多样性增产效应比森林更强

生态前沿⊙

*仅供个人参考

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当全球干旱与热浪愈演愈烈，植物多样性还能否继续提升生态系统生产力？一项覆盖全球 75 个生物多样性控制实验的整合分析发现：在更干旱的草地，极端干旱年份里多样性的增产效应反而更强；森林却没有表现出同样的响应。

这一差异主要由互补效应在干旱草地的增强所驱动，而土壤养分的调节作用几乎可以忽略。

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背景与问题

BACKGROUND · WHY IT MATTERS

植物多样性提升生态系统生产力，已被大量实验反复验证。但近年极端气候频发，一个重要问题悬而未决：当干旱或热浪来袭，多样性的增产效应会减弱、维持，还是进一步增强？如果增强，又发生在哪些环境、哪类生态系统中？

前人研究提供了看似矛盾的线索。一方面，生物多样性被预测在环境胁迫下更强——干旱或贫瘠条件下，物种间的生态位分化与促进作用可能更关键；另一方面，全球整合分析又常报告生物多样性效应在年与气候梯度上相对稳定，对年际气候变异的敏感性有限。

本研究的核心目标正是把镜头从“多年平均”切换到“极端年份”，并检验背景干旱程度与土壤养分如何调节草地和森林中的多样性—生产力关系。

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数据与方法

DATA · METHODS · PARTITIONING

研究团队整合了51 个草地实验与24 个森林实验，共计 75 个生物多样性控制实验，最终得到 340 个独立数据点（草地 227，森林 113）。所有实验均操纵物种丰富度并重复测量群落生产力，时间跨度 2–23 年。

三类气候极端指标

连续最长干日数：衡量一年内最长连续干旱时段，反映干旱持续时长；

极端热浪日数：日最高温超过 95 分位数的日数，反映热浪频率；

SPEI 水分指数：综合降水与蒸散，衡量全年水分盈亏。

生物多样性效应被分解为两个经典组分：互补效应反映物种间生态位分化与促进作用；选择效应反映高产物种是否主导群落生产力。为了跨实验可比，所有效应均按对应单作平均产量进行了标准化。

图 1｜研究站点的全球分布与研究概念框架。来源：Sasaki et al. (2026) Nat. Ecol. Evol.

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核心发现

KEY FINDINGS · COMPLEMENTARITY VS SELECTION

整体而言，草地和森林的净生物多样性效应主要由互补效应贡献，选择效应可正可负，符合以往全球整合分析的结论。真正的差异出现在极端干旱年份。

图 2｜气候极端与环境背景对生物多样性效应的调节。来源：Sasaki et al. (2026) Nat. Ecol. Evol.

关键结果来自元回归模型中的三向交互作用——干旱持续时间 × 生态系统类型 × 站点干旱指数显著影响互补效应。

在草地，干旱持续时间与干旱指数的交互作用显著（β = −0.07，95% CI [−0.14, −0.01]，P = 0.03）。干旱指数越低（站点越干旱），极端干旱下互补效应越强。而在森林，同一交互作用并不显著（β = 0.06，95% CI [−0.03, 0.16]，P = 0.20）。

图 3｜干旱持续时间、干旱指数与生态系统类型对互补效应和选择效应的交互影响。来源：Sasaki et al. (2026) Nat. Ecol. Evol.

进一步细分草地内部：更干旱的草地呈现互补效应增强，较湿润的草地则呈现选择效应增强——机制随干旱背景而分化。

研究还发现，热浪极端并未在生态系统类型或干旱梯度上产生类似的显著交互作用。作者解释，许多数据集中的热浪事件可能没有伴随足够严重的水分胁迫，因而对生物量生产的影响较弱。

更令人意外的是，土壤养分在干旱或热浪极端下均未检测到显著调节作用——当气候胁迫加剧时，水分限制可能压倒了土壤养分的限制。

净生物多样性效应随群落年龄增加而增强；互补效应随年龄增强，选择效应随年龄减弱。草地中的净生物多样性效应和互补效应高于森林，可能与森林实验时长较短、树木群落响应更慢有关。

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总结

IMPLICATIONS · LIMITS · TAKE-HOME

这项整合分析把“生物多样性能否缓冲极端气候”的泛泛问题，推进到“在哪里、在何种机制下最可能缓冲”。它指出：在更干旱的草地，保护或恢复植物多样性可能带来较强的功能回报；但森林中的类似证据仍不足，需谨慎外推。

需要留意的边界

草地站点集中在欧洲和北美，未充分覆盖最干旱草地、亚洲草地、热带草地、干热带森林和南半球系统。

更极端的干旱可能通过强烈的环境过滤削弱互补与促进作用；森林则需要更长期的数据和更敏感的树木状态指标。

与其假设生物多样性 universally 缓冲环境胁迫，不如承认它的作用有明确的边界——而这项研究帮我们标出了边界的大致位置。

期刊类别： Nature Ecology & Evolution | Article

论文题目：Biodiversity effects under climate extremes intensify with aridity in grasslands but not forests

中文题目：极端气候下生物多样性效应随草地干旱度增强，但在森林中不显著

论文作者：Takehiro Sasaki, ..., Nico Eisenhauer

主要单位：Yokohama National University、German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig、Leipzig University 等

参考引文：Sasaki, T. et al. Biodiversity effects under climate extremes intensify with aridity in grasslands but not forests. Nat. Ecol. Evol. (2026)

撰文：陆一鸣

编辑：夏羽 | 审核：EE编委团