华东理工大学教授万年峰课题组，联合全球38个国家145家单位178名科研人员，首次在全球尺度系统揭示了植物多样性如何通过“自上而下”与“自下而上”两种不同的生态机制调控多营养级相互作用，并指出这种调控机制在不同类型生态系统中存在根本性差异。相关研究成果近日发表于《科学进展》。

多营养级相互作用能够深刻影响生态系统的结构与功能，但植物多样性调控生态系统食物网的机制，以及“自上而下”与“自下而上”两种调控途径在农田、草地、森林等不同类型生态系统中的相对重要性，目前仍缺乏系统认识。

为解决以上问题，万年峰发起并主导了一项覆盖全球五大洲27个国家149个野外试验站点的大规模协同研究，涵盖了有机农田、常规农田、草地和森林等多种生态系统。

研究结果显示发现，生态控害的核心机制在不同生态系统中存在根本性差异：在作物系统中，植物多样性强力驱动“自上而下”的生态控害，无论是采用生态管理的有机农田，还是使用化学农药的常规农田，增加植物多样性均能极显著地提升天敌与害虫的数量比。在草地和森林等自然/半自然生态系统中，植物多样性主要驱动的是“自下而上”的普惠式资源效应，核心机制在于植物多样性的提升首先显著促进了系统整体植物生产力的增长。

在常规施药农田（A）和有机农田（B）中，植物多样性引起下行效应而无上行效应；草原（C）和森林（D）中，植物多样性引起上行效应而无下行效应。研究团队供图

研究团队进一步分析发现，生态系统类型和“植物生产力与植食者”“植食者与天敌”这两组相关关系均呈现显著交互作用，证实了有机农田与非有机农田中，营养级联以自上而下的调控作用为主，草地和森林生态系统则以自下而上的影响为主。具体来看，植物生产力提升会促进草地、森林系统中植食性昆虫种群规模增长，但在农田系统中反而会导致植食性昆虫丰度下降，类似的趋势也出现在植食性昆虫与天敌的相关关系中。

万年峰表示，这项研究的重大应用价值在于为差异化的生态系统管理提供了清晰策略。对于农业生产系统，策略核心是“利用植物多样性强化生态控害”，应重点通过构建多样化种植模式来增强天敌群落，建立预防性的、基于生物多样性的害虫生态防控体系，保障粮食安全生产与生态环境健康；对于自然保护与恢复系统，策略核心是“利用植物多样性维持多功能性”，重点在于发挥植物多样性的基础支撑作用，在提升生态系统生产力的同时，协同实现生物多样性保护、养分循环等多重生态功能。

相关论文信息：http://doi.org/10.1126/sciadv.aeb8680