全球变化下植物β多样性的多维响应：一项揭示群落分异效应的荟萃分析

《Nature Communications》：Multidimensional β-diversity responses to global change: a meta-analysis highlighting divergent effects on plant communities

　　本研究针对全球变化是否导致植物群落生物同质化这一关键问题，对全球256项研究进行了荟萃分析。结果发现，全球变化驱动因子（GCFs）对植物β多样性的整体影响不显著，但不同GCFs类型（如气候变化CC和生物入侵BI导致同质化，而土地管理LM促进异质化）及其在分类（TB）、功能（FB）和系统发育（PB）维度上的效应存在显著差异。该研究强调了将多维度生物多样性整合到保护和监测中的重要性，为制定有效的生态保护策略提供了关键科学依据。

　　

在地球进入“人类世”的今天，由人类活动主导的全球变化正以前所未有的规模和速度重塑着地球的生物群落。气候变化、土地利用变化、生物入侵等一系列全球变化驱动因子（GCFs）不仅导致了众所周知的物种灭绝，更深刻地改变着物种在空间上的分布和组合方式，引发了科学家们对“生物同质化”（Biotic Homogenization）的深切担忧。所谓生物同质化，即指不同地区生物群落的组成变得越来越相似，地域特色逐渐消失，这被认为是生物多样性危机的另一个潜在标志。然而，一个核心的科学问题悬而未决：全球范围内的植物群落，是否真的正在经历普遍的同质化过程？已有的研究结论不一，有的支持同质化趋势，有的则发现生物异质化（Biotic Differentiation）或没有显著变化，且多数研究仅关注物种分类组成（分类β多样性，TB），而忽略了反映物种功能特征差异的功能β多样性（FB）和反映进化历史差异的系统发育β多样性（PB）。这三者共同构成了理解生物多样性变化的多维视角，它们的响应可能并不一致。为了填补这一知识空白，由李洪林、罗鹏、杨浩等研究人员领导的研究团队在《Nature Communications》上发表了一项重要的荟萃分析研究。

为了系统评估全球变化对植物β多样性的多维影响，研究人员进行了一项大规模、系统的文献检索和数据整合。他们从Web of Science、Google Scholar和中国知网（CNKI）等数据库中，检索了截至2023年11月的相关文献，最终纳入了来自256项研究的1604组独立比较数据，涵盖了从热带到寒带、从森林到草原等多种生态系统和植物生命型。研究团队将全球变化驱动因子归纳为五类：气候变化（CC）、生物入侵（BI）、土地利用变化（LUC）、土地管理（LM）以及多重因子（MF）。同时，他们仔细提取了每项研究中关于分类β多样性（TB）、功能β多样性（FB）和系统发育β多样性（PB）的量化数据。在数据分析方面，研究采用了严谨的荟萃分析统计方法。他们计算了响应比（ln RR）作为效应量，以衡量GCFs对β多样性的影响方向（负值表示同质化，正值表示异质化）和强度。为了处理数据中的非独立性和高度异质性，研究运用了多水平混合效应模型。此外，还通过两级亚组分析来剖析不同GCF类型和多样性维度之间的交互作用，并利用随机森林模型和元回归分析来识别影响效应量变异的关键预测因子（如地理区域、生态系统类型、研究设计等）。为了评估结果的稳健性，研究还进行了发表偏倚检验。

总体效应：无显著的净变化，但变化普遍存在

分析结果显示，在全球尺度上，GCFs对植物β多样性的平均效应并不显著，其置信区间包含零。然而，这并非意味着没有变化，而是因为导致β多样性增加（异质化）和减少（同质化）的案例几乎各占一半（分别占49.88%和48.25%），相互抵消所致。仅有极少数案例（1.87%）报告没有变化。这表明，全球变化确实普遍引起了植物群落组成的改变，但这种改变的方向是高度情境依赖的，而非单一的全球性同质化趋势。

不同全球变化驱动因子（GCFs）的效应各异

当深入分析不同类型的GCFs时，研究发现了显著的分异效应。气候变化（CC）显著降低了整体的植物β多样性，这种负效应在树木中尤为明显，而灌木的β多样性反而显著增加。生物入侵（BI）一致地导致了植物群落的生物同质化，特别是在淡水生态系统和水生植物中效应最强。与之形成对比的是，土地管理（LM）措施（如生态恢复、减少放牧、可控火烧等）总体上显著增加了植物β多样性，尤其是在亚洲和全北植物界的分类多样性（TB）以及森林生态系统中的功能多样性（FB）。土地利用变化（LUC）和多重因子（MF）的影响则较为多变，未表现出统一的模式。

生物多样性三维度的响应显著分异

本研究最关键的发现之一，是GCFs对β多样性的三个维度（TB, FB, PB）的影响存在显著差异，甚至方向相反。例如，气候变化（CC）虽然降低了分类β多样性（TB）和功能β多样性（FB），但却与系统发育β多样性（PB）的增加相关。同样，土地管理（LM）在提升TB和FB的同时，却导致了PB的下降。双变量荟萃分析进一步证实了这种维度间的复杂关系：TB与PB、TB与FB之间均呈强正相关，但PB与FB之间却呈现微弱的负相关。这表明，不同的多样性维度具有各自独特的生态响应阈值和稳定性，仅关注单一维度可能会忽略或误解生物多样性变化的本质。

影响效应量的关键因素

随机森林分析表明，GCF类型、生物多样性维度、植物生命型、生态系统和生物地理区域是塑造GCFs对植物β多样性影响的最重要调节因子。元回归分析还发现，气候变化的负面效应随时间推移而加剧，而土地管理的正面效应也相应增强。

综上所述，这项研究揭示了全球变化下植物β多样性响应的复杂图景。其核心结论是，在全球尺度上并未观测到植物β多样性一致的净下降，生物多样性危机更多地体现在特定物种或种群的灭绝以及群落组成的双向变化上，而非α或β多样性的系统性丧失。气候变化和生物入侵在世界许多地方（特别是北美、树木群落和淡水生态系统）导致了植物β多样性的下降，而生态恢复等土地管理措施则被证明是增强和维持β多样性的有效策略。更重要的是，研究强调了从多维度（分类、功能、系统发育）视角评估生物多样性变化的至关重要性。因为这三个维度对全球变化的响应并不同步，仅关注物种数量或组成，可能会掩盖哪些物种在丧失或增益，以及这些变化对生态系统功能和进化潜力的真实影响。因此，未来的生物多样性保护、监测和恢复实践，必须整合所有三个维度，才能更全面地理解并有效应对全球变化带来的挑战，从而实现《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》所设定的宏伟目标。这项研究为制定更精细、更有效的生物多样性保护策略提供了坚实的科学基础。