科學家首次揭示，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與研究的熱點。一個長期存在的謎題是：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，由中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)與南京大學等單位百余位科學家組成的國際研究團隊的最新研究發(fā)現(xiàn)，當今氣候環(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鍵。

研究人員整合了來自泛熱帶地區(qū)429個一公頃樣方的調(diào)查數(shù)據(jù)，形成了一個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的分析方法，包括考慮空間自相關的隨機森林模型、廣義線性模型以及敏感性實驗等，綜合分析了影響熱帶森林樹種α多樣性的驅(qū)動機制。為準確衡量多樣性，研究團隊采用了多種指數(shù)，包括基于樣本覆蓋的稀疏化方法和Fisher'sα指數(shù)等，確保了研究結果的穩(wěn)健性。

研究結果揭示了明確的環(huán)境因子驅(qū)動模式：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。進一步分析表明，這些環(huán)境因子存在“共同限制”效應，即熱帶樹種多樣性受制于多個環(huán)境維度的協(xié)同作用，而非單一因子的獨立控制。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，表明熱帶森林的物種多樣性維持機制可能具有普適性，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動力。生態(tài)位理論認為物種通過適應特定環(huán)境條件并減少競爭來實現(xiàn)共存，因此環(huán)境能預測多樣性。研究所揭示的環(huán)境—多樣性間緊密且可預測的關系，為生態(tài)位理論所強調(diào)的環(huán)境過濾與資源互補等機制提供了強有力的實證支持，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作用。

當前，全球熱帶森林正面臨日益加劇的氣候變化和人類活動威脅。這項研究將有助于我們進一步了解熱帶地區(qū)物種豐富度的驅(qū)動機制，也對預測未來氣候變化對生物多樣性的影響及生物多樣性保護具有重要指導意義。

該研究結果以“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(文萊達魯薩蘭大學)等共計115位科學家參與了該項工作。該研究獲得了科技部重點研發(fā)計劃、版納植物園“十四五”項目、國家自然科學基金等項目，以及中國科學院東南亞生物多樣性研究中心的聯(lián)合支持。

圖1：隨機森林模型預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地區(qū)的多樣性指數(shù)和預測豐富度值的分布情況。

圖2：基于非空間自相關和空間自相關的隨機森林模型預測熱帶地區(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)，非空間自相關隨機森林模型預測的熱帶地區(qū)樹種豐富度。(b)非空間自相關隨機森林模型。(c)空間自相關隨機森林模型。(d)50 km子集的空間自相關隨機森林模型。