科學(xué)家首次揭示，從美洲、亞洲到非洲，盡管相隔萬里且物種組成迥異，熱帶森林在每公頃面積上的物種豐富度卻遵循著同一套環(huán)境規(guī)則。

熱帶地區(qū)以其豐富的物種多樣性，一直以來都是生物多樣性保護(hù)與研究的熱點(diǎn)。一個(gè)長期存在的謎題是：為何不同熱帶區(qū)域之間的物種多樣性存在明顯差異?例如，與非洲相比，美洲和亞洲的熱帶森林通常擁有更多的樹種。傳統(tǒng)觀點(diǎn)傾向于將這種差異歸因于各地區(qū)不同的生物地理歷史和演化過程。然而，由中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)與南京大學(xué)等單位百余位科學(xué)家組成的國際研究團(tuán)隊(duì)的最新研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)今氣候環(huán)境而非生物地理歷史，才是塑造局域尺度上樹種多樣性的關(guān)鍵。

研究人員整合了來自泛熱帶地區(qū)429個(gè)一公頃樣方的調(diào)查數(shù)據(jù)，形成了一個(gè)覆蓋全球主要熱帶地區(qū)的龐大數(shù)據(jù)庫。研究采用了多種先進(jìn)的分析方法，包括考慮空間自相關(guān)的隨機(jī)森林模型、廣義線性模型以及敏感性實(shí)驗(yàn)等，綜合分析了影響熱帶森林樹種α多樣性的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。為準(zhǔn)確衡量多樣性，研究團(tuán)隊(duì)采用了多種指數(shù)，包括基于樣本覆蓋的稀疏化方法和Fisher'sα指數(shù)等，確保了研究結(jié)果的穩(wěn)健性。

研究結(jié)果揭示了明確的環(huán)境因子驅(qū)動(dòng)模式：水分可用性是影響樹種α多樣性的最主要因素，而土壤特性在局域尺度上起著同樣顯著調(diào)節(jié)作用。進(jìn)一步分析表明，這些環(huán)境因子存在“共同限制”效應(yīng)，即熱帶樹種多樣性受制于多個(gè)環(huán)境維度的協(xié)同作用，而非單一因子的獨(dú)立控制。這也解釋了為何在如亞馬遜流域等水熱與土壤條件俱佳的區(qū)域，會(huì)形成全球樹種多樣性極高的森林群落。

最突破性的發(fā)現(xiàn)在于：盡管各大洲在地質(zhì)歷史、氣候演變和物種庫組成上存在差異，但其樹種多樣性對環(huán)境因子的響應(yīng)模式卻表現(xiàn)出高度一致性。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)觀點(diǎn)，表明熱帶森林的物種多樣性維持機(jī)制可能具有普適性，超越了生物地理過程的差異。

從理論層面看，該研究從宏觀尺度證實(shí)了基于環(huán)境篩選的確定性過程是塑造熱帶樹種多樣性的主要?jiǎng)恿ΑＩ鷳B(tài)位理論認(rèn)為物種通過適應(yīng)特定環(huán)境條件并減少競爭來實(shí)現(xiàn)共存，因此環(huán)境能預(yù)測多樣性。研究所揭示的環(huán)境—多樣性間緊密且可預(yù)測的關(guān)系，為生態(tài)位理論所強(qiáng)調(diào)的環(huán)境過濾與資源互補(bǔ)等機(jī)制提供了強(qiáng)有力的實(shí)證支持，凸顯了生態(tài)位過程在大尺度上的多樣性格局形成中的主導(dǎo)作用。

當(dāng)前，全球熱帶森林正面臨日益加劇的氣候變化和人類活動(dòng)威脅。這項(xiàng)研究將有助于我們進(jìn)一步了解熱帶地區(qū)物種豐富度的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，也對預(yù)測未來氣候變化對生物多樣性的影響及生物多樣性保護(hù)具有重要指導(dǎo)意義。

該研究結(jié)果以“Analogous Environments Across the Tropics Have Similar Levels of Tree Species Αlpha Diversity”為題，發(fā)表在國際期刊National Science Review (NSR)上。版納植物園古生態(tài)研究組博士研究生肖書妹為該論文第一作者，南京大學(xué)Jonathan M. Adams教授與版納植物園李樹峰研究員為共同通訊作者，F(xiàn)erry Slik教授(文萊達(dá)魯薩蘭大學(xué))等共計(jì)115位科學(xué)家參與了該項(xiàng)工作。該研究獲得了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、版納植物園“十四五”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目，以及中國科學(xué)院東南亞生物多樣性研究中心的聯(lián)合支持。

圖1：隨機(jī)森林模型預(yù)測的樹種多樣性指數(shù)對比分析。(a)基于樣本覆蓋稀疏化的樹種豐富度、(b) Fisher α多樣性和(c)樣方調(diào)查的樹種豐富度。樹木樣方數(shù)據(jù)來自于美洲、非洲和亞洲的429塊1公頃的熱帶森林。每張圖上方和右側(cè)的箱線圖分別顯示了三個(gè)地區(qū)的多樣性指數(shù)和預(yù)測豐富度值的分布情況。

圖2：基于非空間自相關(guān)和空間自相關(guān)的隨機(jī)森林模型預(yù)測熱帶地區(qū)的樹種豐富度(a)，以及環(huán)境變量的重要性排序(b–d)。(a)基于稀疏化的樣方數(shù)據(jù)，非空間自相關(guān)隨機(jī)森林模型預(yù)測的熱帶地區(qū)樹種豐富度。(b)非空間自相關(guān)隨機(jī)森林模型。(c)空間自相關(guān)隨機(jī)森林模型。(d)50 km子集的空間自相關(guān)隨機(jī)森林模型。