2024年2月28日，德国拜罗伊特大学Lisa Hülsmann团队等合作的最新研究揭示了稳定森林群落密度依赖的纬向模式。这一研究成果以题“Latitudinal patterns in stabilizing density dependence of forest communities”发表在国际学术期刊《Nature》上。
解释跨越时空的多样性模式是生态学的一个基本目标。其中，树种多样性的纬度梯度尤为显著。对热带潮湿森林中异常高的局部多样性的一个主要解释是，它们暂时稳定和多产的条件允许天敌，如食草动物和病原体，更加专业化和更具破坏性，结果是同种邻居——凭借它们共同的天敌——比异种邻居对目标树木个体施加更多的负面影响。周围被相同物种所包围的植物的性能会降低，因此可以创造一种稳定机制，通常被称为同种负密度依赖(CNDD)，这防止任何特定树种的优势，从而允许物种共存。由Janzen和Connell在50年前首次提出的CNDD是解释热带森林中维持更大的本地树种多样性的一个关键假设。
经过几十年的研究，已经确定CNDD在热带和温带森林都很普遍。然而，其对群落组成和大尺度生物多样性格局的影响仍存在争议。对CNDD的荟萃分析主要基于田间试验中的种子和幼苗存活率，发现CNDD在纬度没有变化，可能是因为研究之间的可比性有限。少数研究直接考察了CNDD的大规模地理变化，评估了更大的树木大小，并报告了CNDD随着纬度的降低而显著增加。然而，这些纬向CNDD模式归因于与使用静态数据相关的统计伪象。因此，仍然没有确凿的证据表明热带和温带森林的CNDD是否不同以及如何不同。
基于此，作者使用来自ForestGEO网络的23个大型(6-52公顷)森林站点的动态森林调查数据(来自重复普查的纵向树木存活数据)分析了纬向CNDD模式，覆盖了从热带到温带的梯度。首先，我们通过对单个树木的重复观察，拟合了物种-地点-特定的死亡率模型。其次，我们使用这些模型来量化每个物种和地点的CNDD，使用一个旨在最大化稳健性，可比性和适应性和稳定性相关性的估计器。第三，基于CNDD对维持热带地区当地树种多样性更有影响的假设，我们使用元回归来考虑CNDD的三种不同的纬度格局。利用这一框架，我们评估了(i)稳定CNDD的平均强度(图2)，(ii)其对物种丰度的影响(图3)和(iii)其种间变异(图4)的纬度模式，从而测试了三个预测，这些预测来自CNDD对维持热带地区当地树种多样性更有影响力的假设。
研究发现：在物种间平均，稳定的CNDD在除一个站点外的所有站点都存在，但平均稳定的CNDD在热带地区并不强。而在热带乔木群落中，稀有和中等丰度树种的稳定CNDD强于普通树种。这种模式在温带森林中不存在，这表明CNDD对热带森林物种丰度的影响比对温带森林更强烈。我们还发现，CNDD的种间变异很高，但在纬度上差异不显著，这可能会削弱其对物种多样性的稳定作用。尽管这些模式对纬度多样性梯度的影响难以评估，但研究人员推测，更有效的种群丰度调节可以转化为热带树木群落的更大稳定性，从而有助于热带森林的高局部多样性。
在Janzen-Connell假设的背景下，本研究的结果解释为部分支持CNDD有助于树种多样性的纬度梯度的观点。更具体地说，研究结果提出了对这一经典观点的一种新颖、精细的解释：在热带森林中，特化天敌的影响——更广泛地说，种内资源竞争——可能并不比温带森林平均更强，但它们的影响可能对热带地区的物种丰度施加更强的控制。因此，我们推测，除非CNDD的种间变异性超过其稳定作用，否则CNDD可能对维持热带地区当地树种多样性的贡献更大。
物种间稳定CNDD的平均强度向热带方向变大
CNDD更强烈地调节热带物种丰度，从而调节群落结构
本研究的创新点在于使用动态死亡数据评估了纬度相关的同种负密度依赖模式，结果表明同种负密度依赖在热带和温带地区的强度并没有明显差异，但在热带森林中同种负密度依赖对物种丰度的影响更大。这一研究结果对于解释热带森林物种多样性的形成机制具有重要意义。研究人员认为，更有效的种群丰度调节可能会转化为更大的热带树木群落稳定性，从而为热带森林的高本地物种多样性做出贡献。
原文链接 ↓
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07118-4
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