森林為什么能夠具有如此高的生物多樣性？尤其是在熱帶雨林里，數百種樹(shù)木共存于同一片土地上，而溫帶森林卻只由少數幾種樹(shù)木主導。是什么力量讓這些樹(shù)種在長(cháng)期競爭中保持穩定，而不被強勢物種淘汰？
在生態(tài)學(xué)研究中，我們知道物種之間的相互作用（如競爭、種子傳播、菌根共生等）是決定森林生物多樣性的重要驅動(dòng)力。然而，作為空間異質(zhì)性極高的陸地生態(tài)系統，森林樹(shù)種具有區別于其它生態(tài)系統的空間分布結構，這種空間分布如何決定森林生物多樣性的長(cháng)期維持？這一問(wèn)題一直未能深入研究。
長(cháng)期以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現樹(shù)種通常表現同種聚集分布格局，即同一樹(shù)種的個(gè)體更傾向于聚集在一起，而不是隨機分布。然而，我們仍然缺乏一個(gè)整體的框架來(lái)理解樹(shù)種聚集分布格局如何隨著(zhù)緯度變化，以及這些變化怎樣影響森林多樣性的長(cháng)期維持？
2025 年 2 月26 日，中國科學(xué)院沈陽(yáng)應用生態(tài)研究所王緒高團隊在 Nature 期刊發(fā)表了題為：Latitudinal scaling of aggregation with abundance and coexistence in forests 的研究論文。
該研究揭示了森林樹(shù)種在不同緯度地區通過(guò)不同的空間策略實(shí)現穩定共存的奧秘，為理解森林生態(tài)系統多樣性、穩定性維持機制開(kāi)辟了新方向。
探索：從熱帶到溫帶的樹(shù)種聚集分布格局
為了尋找答案，中國科學(xué)院沈陽(yáng)應用生態(tài)研究所聯(lián)合德國亥姆霍茲環(huán)境研究中心等多家國內外科研機構組成國際研究團隊，依托全球森林觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )（ForestGEO）中的 21 個(gè)跨越熱帶、亞熱帶和溫帶的大型森林樣地，這些樣地每棵胸徑不小于 1cm 的樹(shù)木都被詳細記錄，包括樹(shù)種、位置和大小，分析了樣地內樹(shù)種的聚集度（樹(shù)種個(gè)體之間的空間接近程度）和多度（樹(shù)種個(gè)體數量）關(guān)系，結果發(fā)現了一個(gè)令人驚訝的格局（圖1）：在熱帶森林，樹(shù)種的聚集度與多度沒(méi)有明顯關(guān)系，而在溫帶森林，樹(shù)種的聚集度與多度呈現顯著(zhù)的負相關(guān)關(guān)系——稀有樹(shù)種的個(gè)體往往高度聚集，而常見(jiàn)樹(shù)種的個(gè)體則較為分散。
換句話(huà)說(shuō)，熱帶稀有樹(shù)種的個(gè)體分布較分散，而在溫帶森林中它們會(huì )緊密“抱團”。
圖1.不同緯度梯度下森林樹(shù)種聚集度和多度關(guān)系（a 熱帶森林，b 溫帶森林, c 緯度格局）
解析：是什么塑造了這種緯度梯度格局？
為了揭示其潛在的生態(tài)機制，研究團隊提出了一種“擴散方式-菌根類(lèi)型協(xié)同演化”的新觀(guān)點(diǎn)，結合近期發(fā)現的植物擴散方式與菌根共生的演化關(guān)系，強調動(dòng)物傳播方式和菌根類(lèi)型共同塑造了這一緯度梯度格局。森林中的樹(shù)木主要依賴(lài)風(fēng)、重力或動(dòng)物來(lái)擴散種子，而這三種擴散方式在不同緯度的占比不同：熱帶森林 70-80% 樹(shù)種依賴(lài)動(dòng)物傳播，這些動(dòng)物會(huì )將種子帶離母樹(shù)，使得幼樹(shù)分布更分散，形成遠離母樹(shù)的隨機斑塊分布。溫帶森林的種子傳播主要依靠風(fēng)力和重力，這意味著(zhù)種子往往掉落在母樹(shù)附近，導致稀有樹(shù)種更容易形成高度聚集的空間分布。這種差異從森林更新的角度解釋了為什么溫帶森林中的稀有樹(shù)種比熱帶森林中的稀有樹(shù)種更傾向于“抱團”生長(cháng)。
此外，菌根是菌根真菌與樹(shù)木根系形成的共生結構，不同類(lèi)型的菌根影響樹(shù)木的存活策略：在熱帶森林，大多數樹(shù)種與叢枝菌根（AM）真菌共生。AM菌根對土壤病原菌的抵抗作用有限，導致樹(shù)木在母樹(shù)附近容易受病原菌侵害而降低存活率，造成熱帶樹(shù)種更傾向于遠離母樹(shù)分布。在溫帶森林，大多數樹(shù)種依賴(lài)外生菌根（EM）真菌，這種菌根具有較強的病害防護作用，使樹(shù)木在母樹(shù)附近更容易存活，從而導致較高的聚集性。這種差異從樹(shù)種存活的角度解釋了為什么溫帶森林中的稀有樹(shù)種比熱帶森林中的稀有樹(shù)種更傾向于“抱團”生長(cháng)。通過(guò)收集上述樣地內720個(gè)樹(shù)種的傳播方式與菌根類(lèi)型數據，研究團隊證實(shí)了動(dòng)物傳播比例和AM樹(shù)種比例隨緯度降低而升高的趨勢（圖2a），并且動(dòng)物傳播和AM樹(shù)種比例可以共同解釋樹(shù)種聚集度—多度關(guān)系的緯度分布格局（圖2b）。
圖2. 不同緯度梯度下動(dòng)物傳播和AM樹(shù)種所占的比例（a）及與樹(shù)種聚集度的關(guān)系（b）
意義：空間格局如何維持樹(shù)種多樣性？
為了進(jìn)一步理解該空間格局對森林多樣性維持的影響，我們將聚集度-多度關(guān)系納入擴展的空間顯性競爭模型（Lotka-Volterra模型）。初期模型因聚集度—多度依賴(lài)關(guān)系導致樹(shù)種不能穩定共存，但當引入動(dòng)物傳播導致的隨機斑塊分布后，模型重現了熱帶森林的穩定共存格局。溫帶森林則通過(guò)菌根保護機制平衡聚集帶來(lái)的競爭壓力，形成另一種最優(yōu)空間結構。該研究結果揭示了森林樹(shù)種在不同緯度地區通過(guò)不同的空間策略實(shí)現穩定共存的奧秘，為理解森林生態(tài)系統多樣性、穩定性維持機制開(kāi)辟了新方向。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08604-z
合作咨詢(xún)
肖女士
021-33392297
Kelly.Xiao@imsinoexpo.com
2006-2025 上海博華國際展覽有限公司版權所有（保留一切權利）
滬ICP備05034851號-57
