摘要

下行控制的生态调控理论预测，草食动物抑制了植物的丰富度、生物量和生存，但通过大量消耗优势物种来增加多样性，从而抑制竞争排斥。迄今为止，这些结果在水生生态系统中已经很明显，但在陆地上却没有证实。本文通过对123个自然陆地生态系统中的本土动物排斥实验结果的元分析（623对比较）来解释这一差异。与下行控制的预测一致，本文发现食草动物显著降低了植物的丰富度、生物量、存活率和繁殖率（均P<0.01），增加了物种的均匀度但不增加丰富度（分别P="""0.06和P="0.59）。然而，在研究下行控制效应强度的模式时，除了少数例外，我们无法根据局部场地特征（气候或生产力）或研究特征（研究持续时间或封闭面积）检测生物群落之间显著不同的效应大小。对多样性的积极影响仅在排除大型动物或位于温带草原的研究中显著。结果表明，食草动物自上而下的调控是全球范围内塑造陆生植物群落的普遍过程，但其强度具有高度的立地特异性，不受基本立地条件的影响。本文认为，在未来的隔离研究中将食草动物密度作为一个协变量，将有助于发现食草动物-植物相互作用强度中尚未解决的宏观生态学趋势。

文章信息

Jia, S., Wang, X., Yuan, Z., Lin, F., Ye, J., Hao, Z., & Luskin, M. S. (2018). Global signal of top-down control of terrestrial plant communities by herbivores.  Proceedings of the National Academy of Sciences USA , 115, 6237–6242. https://doi.org/10.1073/pnas.1707984115

研究意义

生态学的一个重点是了解控制生态系统生产力和生物多样性的过程。在植物群落中，多种共发生的生物机制形成了这些特性，但特定过程的相对重要性仍然是模棱两可的。半个世纪以来，食草动物在塑造地球生态系统植物群落结构和多样性方面的作用一直备受争议。草食动物下行调节已经在水生生态系统中证明，但在陆地上还未被证明，因此就此进行分析和解释。

研究方法

实验整理了一套包括123项研究（111个独立地点）和623个植被对比的数据集，这些对比包括动物围栏内的地块（例如，围栏或杀虫剂）和允许动物进入的附近对照地块。并使用实验动物排斥的元分析，还考虑了研究协变量的影响，来测试食草动物的下行生态控制的全球信号。

结果

图二表明与实验隔离区相比，食草动物的存在对植物繁殖、存活、现存生物量和丰度产生了强烈的负面影响，对物种均匀度产生了微弱的正面影响

图二食草动物对植物群落的影响

食草动物效应的方向在不同的地理和生态梯度以及不同的食草动物群落和植物生长形式中高度一致。效应大小并不随研究持续时间单调增加（图3A）。在较大的隔离区中，食草动物的影响仅对植物存活较弱（P<0.01），而实际上对植物生物量的影响更强。食草动物效应大小与地理（纬度）、生境（生物群落）、生产力[净初级生产力（NPP）]或广泛的气候指标等场地特征之间没有显著关系在全球范围内或任何生物群落内，草食动物的影响与NPP没有显著差异。当研究按纬度分组时，在所有热带研究中，食草动物对生物量和丰度的负面影响不显著，但比所有温带研究更大（图3）

图三研究和地点特征对草食动物影响的影响

排除无脊椎动物和脊椎动物对植物繁殖的负面影响最大；其他反应变量的样本量不足。在特定类型植物生长形式结果的研究中，食草动物的影响大小是高度可变的。（图4）

图四食草动物在不同生物群落（左）、不同食草动物群落（中）和不同植物生长形式（右）下对植物的影响。

结论

所有类型的陆生草食动物对植物的自下而上的调控是普遍的，但对多样性的影响是偶然的，并且下行效应强度比水生系统更具有地点特异性且难以预测。