文章信息：Liang, M., Yang, Q., Chase, J. M., Isbell, F., Loreau, M., Schmid, B., Seabloom, E. W., Tilman, D., & Wang, S. (2025). Unifying spatial scaling laws of biodiversity and ecosystem stability. Science, 387, eadl2373. https://doi.org/10.1126/science.adl2373
整理人：闫甲祺，2024级硕士研究生
整理时间：2025年5月27日
Abstract: While both species richness and ecosystem stability increase with area, how these scaling patterns are linked remains unclear. Our theoretical and empirical analyses of plant and fish communities show that the spatial scaling of ecosystem stability is determined primarily by the scaling of species asynchrony, which is in turn driven by the scaling of species richness. In wetter regions, plant species richness and ecosystem stability both exhibit faster accumulation with area, implying potentially greater declines in biodiversity and stability following habitat loss. The decline in ecosystem stability after habitat loss can be delayed, creating a stability debt mirroring the extinction debt of species. By unifying two foundational scaling laws in ecology, our work underscores that ongoing biodiversity loss may destabilize ecosystems across spatial scales.
摘要：虽然物种丰富度和生态系统稳定性都随着面积的增加而增加，但这些尺度模式是如何联系在一起的仍不清楚。我们对植物和鱼类群落的理论和实证分析表明，生态系统稳定性的空间尺度主要由物种异步的尺度决定，而物种异步又由物种丰富度的尺度驱动。在较潮湿的地区，植物物种丰富度和生态系统稳定性都表现出更快的面积积累，这意味着栖息地丧失后生物多样性和稳定性可能会更大程度地下降。栖息地丧失后生态系统稳定性的下降可以延迟，从而产生反映物种灭绝债务的稳定债务。通过统一生态学中的两个基本尺度定律，我们的工作强调，持续的生物多样性丧失可能会破坏空间尺度的生态系统。
1. 研究背景
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生物多样性（以物种丰富度衡量）与生态系统的稳定性（以时间稳定性衡量）在小尺度上的正相关关系已得到理论和实证研究的广泛证实。然而，这种关系是否能够推广到更广泛的空间尺度（生态系统管理通常应用的尺度）仍不清楚。
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物种丰富度和生态系统稳定性都随面积增加而增加，分别由物种-面积关系（SAR）和生态系统稳定性-面积关系（EStAR）描述。将这些空间尺度模式整合起来，有助于我们从较小区域扩展到较大区域的生物多样性-稳定性关系，并预测生物多样性和生态系统稳定性对栖息地丧失和人为环境变化的响应。
2. 研究意义
3. 研究方法
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理论框架开发：研究者开发了一个新的理论框架，将生态系统稳定性的空间尺度划分为两个组成部分：平均物种稳定性的空间尺度和物种异步性的空间尺度。
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模型应用：利用空间生态模型，研究者展示了生态系统稳定性及其两个组成部分如何随面积变化，并对栖息地丧失做出响应，以及这些尺度模式如何受到物种丰富度变化的调节。
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数据集分析：研究者使用了两个广泛的数据集——美国国家生态观测网络（NEON）的植物群落数据和全球数据集RivFishTIME的鱼类群落数据，来研究物种丰富度和生态系统稳定性的尺度模式。
4. 主要结论
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理论模型预测：随着样本面积的增加，生态系统稳定性和平均物种稳定性通常会增加，而物种异步性可能会增加或减少。具有更高物种丰富度积累速率（更高的zSAR）的生态系统显示出更快的稳定性增加速率（更高的zEStAR）。这种正相关性是因为更高的物种丰富度产生了更异步的动态，从而在更大尺度上产生了更强的稳定化效应。
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栖息地丧失的影响：栖息地丧失后，物种丰富度逐渐下降，表现出灭绝债务。这种灭绝债务反过来导致生态系统稳定性的延迟下降，研究者称之为稳定性债务。当灭绝债务较大时，会发生更大的稳定性债务。
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实证分析结果：对于植物和鱼类，生态系统稳定性和平均物种稳定性随面积增加而增加，而物种异步性则可能增加或减少。生物多样性和生态系统稳定性的尺度指数（zSAR和zEStAR）呈正相关，主要是由于随着物种丰富度随尺度增加而增加，物种异步性也增加。在植物群落中，生物多样性和生态系统稳定性的尺度指数随降水增加而增加，而鱼类群落的尺度指数则不受气候因素影响。
5. 研究展望
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未来的研究需要更好地阐明稳定性债务的幅度和时间尺度，以制定有效的保护和管理策略。
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基于观察到的EStAR变化，预计栖息地破坏对植物和鱼类群落的稳定化效应在更具生物多样性的地点（即具有更大的zSAR）会更明显。对于植物群落，在更湿润的地区（显示出更大的zEStAR），栖息地丧失可能对生态系统稳定性产生更显著的负面影响。
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进一步的研究还需要更全面地理解人类活动如何改变生物多样性和生态系统稳定性的空间尺度属性，这对于快速环境变化时代的可持续生态系统管理尤为重要。
6. 研究主要图表
01 物种-面积和稳定性-面积关系的插图
02 栖息地丧失后物种灭绝债务和生态系统稳定性债务
03 陆生植物和河流鱼类生态系统稳定性的尺度模式、平均物种稳定性与物种异步之间的关系
04 陆生植物和河流鱼类的稳定性-面积-面积关系与物种-面积关系之间的关系
05 气候梯度下植物多样性和生态系统稳定性的空间尺度
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl2373
原文转引：https://mp.weixin.qq.com/s/PpkbH1oaR3FgXqTjySzJ4A
