• Energy Research

Le gradient de diversité latitudinale (LDG) est l'un des modèles mondiaux de richesse en espèces les plus reconnus dans un large éventail de taxons. De nombreuses hypothèses ont été proposées au cours des deux derniers siècles pour expliquer le LDG, mais des tests rigoureux des facteurs de LDG ont été limités par un manque de données mondiales de haute qualité sur la richesse en espèces. Ici, nous produisons une carte à haute résolution (0,025° × 0,025°) de la richesse des espèces d'arbres locales à l'aide d'une base de données d'inventaire forestier mondial avec des informations sur les arbres individuels et des caractéristiques biophysiques locales à partir d'environ 1,3 million de placettes-échantillons. Nous quantifions ensuite les moteurs des modèles de richesse des espèces d'arbres locales à travers les latitudes. En général, la température moyenne annuelle était un prédicteur dominant de la richesse des espèces d'arbres, ce qui est le plus conforme à la théorie métabolique de la biodiversité (MTB). Cependant, le MTB a sous-estimé le LDG sous les tropiques, où la richesse élevée en espèces a également été modérée par des facteurs topographiques, pédologiques et anthropiques opérant à l'échelle locale. Étant donné que les variables locales du paysage agissent en synergie avec les facteurs bioclimatiques dans la formation du modèle mondial de LDG, nous suggérons que le MTB soit étendu pour tenir compte de la co-limitation par les conducteurs subordonnés. En examinant les facteurs du gradient latitudinal de biodiversité dans une base de données mondiale sur la richesse des espèces locales d'arbres, les auteurs montrent que la co-limitation par de multiples facteurs environnementaux et anthropiques provoque des augmentations plus importantes de la richesse avec la latitude dans les zones tropicales par rapport aux zones tempérées et boréales. El gradiente de diversidad latitudinal (LDG) es uno de los patrones globales más reconocidos de riqueza de especies que se exhiben en una amplia gama de taxones. Se han propuesto numerosas hipótesis en los últimos dos siglos para explicar la LDG, pero las pruebas rigurosas de los impulsores de las LDG se han visto limitadas por la falta de datos globales de alta calidad sobre la riqueza de especies. Aquí producimos un mapa de alta resolución (0.025° × 0.025°) de la riqueza de especies de árboles locales utilizando una base de datos de inventario forestal global con información de árboles individuales y características biofísicas locales de ~ 1.3 millones de parcelas de muestra. A continuación, cuantificamos los impulsores de los patrones de riqueza de especies arbóreas locales en todas las latitudes. En general, la temperatura media anual fue un predictor dominante de la riqueza de especies de árboles, lo que es más consistente con la teoría metabólica de la biodiversidad (MTB). Sin embargo, el MTB subestimó el LDG en los trópicos, donde la alta riqueza de especies también fue moderada por factores topográficos, del suelo y antropogénicos que operan a escala local. Dado que las variables del paisaje local operan sinérgicamente con factores bioclimáticos en la configuración del patrón global de LDG, sugerimos que el MTB se extienda para tener en cuenta la co-limitación por parte de los conductores subordinados. Al examinar los impulsores del gradiente de biodiversidad latitudinal en una base de datos global de la riqueza de especies de árboles locales, los autores muestran que la co-limitación por múltiples factores ambientales y antropogénicos causa aumentos más pronunciados en la riqueza con latitud en zonas tropicales versus templadas y boreales. The latitudinal diversity gradient (LDG) is one of the most recognized global patterns of species richness exhibited across a wide range of taxa. Numerous hypotheses have been proposed in the past two centuries to explain LDG, but rigorous tests of the drivers of LDGs have been limited by a lack of high-quality global species richness data. Here we produce a high-resolution (0.025° × 0.025°) map of local tree species richness using a global forest inventory database with individual tree information and local biophysical characteristics from ~1.3 million sample plots. We then quantify drivers of local tree species richness patterns across latitudes. Generally, annual mean temperature was a dominant predictor of tree species richness, which is most consistent with the metabolic theory of biodiversity (MTB). However, MTB underestimated LDG in the tropics, where high species richness was also moderated by topographic, soil and anthropogenic factors operating at local scales. Given that local landscape variables operate synergistically with bioclimatic factors in shaping the global LDG pattern, we suggest that MTB be extended to account for co-limitation by subordinate drivers. Examining drivers of the latitudinal biodiversity gradient in a global database of local tree species richness, the authors show that co-limitation by multiple environmental and anthropogenic factors causes steeper increases in richness with latitude in tropical versus temperate and boreal zones. يعد تدرج التنوع العرضي (LDG) أحد أكثر الأنماط العالمية المعترف بها لثراء الأنواع المعروضة عبر مجموعة واسعة من الأصناف. تم اقتراح العديد من الفرضيات في القرنين الماضيين لشرح غاز الديزل منخفض الكثافة، لكن الاختبارات الصارمة لمحركات غازات الديزل منخفض الكثافة كانت محدودة بسبب نقص بيانات ثراء الأنواع العالمية عالية الجودة. هنا ننتج خريطة عالية الدقة (0.025درجة × 0.025درجة) لثراء أنواع الأشجار المحلية باستخدام قاعدة بيانات جرد الغابات العالمية مع معلومات الأشجار الفردية والخصائص الفيزيائية الحيوية المحلية من حوالي 1.3 مليون قطعة عينة. ثم نحدد العوامل المحركة لأنماط ثراء أنواع الأشجار المحلية عبر خطوط العرض. بشكل عام، كان متوسط درجة الحرارة السنوية مؤشراً مهيمناً على ثراء أنواع الأشجار، وهو الأكثر اتساقاً مع نظرية التمثيل الغذائي للتنوع البيولوجي (MTB). ومع ذلك، قلل MTB من تقدير غاز التدهور المنخفض في المناطق المدارية، حيث كان ثراء الأنواع المرتفع معتدلاً أيضًا بسبب العوامل الطبوغرافية والتربة والعوامل البشرية المنشأ التي تعمل على المستويات المحلية. بالنظر إلى أن متغيرات المناظر الطبيعية المحلية تعمل بشكل تآزري مع العوامل المناخية الحيوية في تشكيل نمط الغازات المتدهورة عالميًا، فإننا نقترح توسيع نطاق الحد الأقصى للمناظر الطبيعية لمراعاة الحد المشترك من قبل الدوافع الثانوية. عند دراسة دوافع تدرج التنوع البيولوجي العرضي في قاعدة بيانات عالمية لثراء أنواع الأشجار المحلية، يوضح المؤلفون أن الحد المشترك من خلال عوامل بيئية وبشرية متعددة يسبب زيادات أكثر حدة في الثراء مع خط العرض في المناطق الاستوائية مقابل المناطق المعتدلة والشمالية.

AbstractNumerous studies have demonstrated that biodiversity drives ecosystem functioning, yet how biodiversity loss alters ecosystems functioning and stability in the long-term lacks experimental evidence. We report temporal effects of species richness on community productivity, stability, species asynchrony, and complementarity, and how the relationships among them change over 17 years in a grassland biodiversity experiment. Productivity declined more rapidly in less diverse communities resulting in temporally strengthening positive effects of richness on productivity, complementarity, and stability. In later years asynchrony played a more important role in increasing community stability as the negative effect of richness on population stability diminished. Only during later years did species complementarity relate to species asynchrony. These results show that species complementarity and asynchrony can take more than a decade to develop strong stabilizing effects on ecosystem functioning in diverse plant communities. Thus, the mechanisms stabilizing ecosystem functioning change with community age.

Abstract Due to climate change, temperate grasslands are being exposed to increasingly severe droughts. Concurrently, land‐use intensification is altering grasslands' functional composition by promoting fast‐growing, resource‐acquisitive species with high specific leaf area (SLA). How SLA affects the ability of grassland species to resist and recover from increasingly severe droughts and if deep roots improve their drought performance remains unclear. To investigate this, we established a common‐garden field experiment including temperate grassland species with SLAs of 17.9–39.3 mm2 g−1 and maximal rooting depths of 16–252 cm. After 1.5 years, we simulated droughts for 0, 79, 134, 177 and 220 days. Drought effects on plant performance increased with drought length, reducing the survival of green tissue and annual biomass by up to ~50% across all 32 species considered. As plant‐available water remained in deep soil layers by the end of all treatments, deep roots mitigated the negative effect of increasing drought length on productivity in the later stage of drought and favoured productivity after a longer drought. The low‐to‐high SLA trait gradient among the 16 graminoid species seemed to represent alternative survival strategies ranging from dehydration tolerance to dehydration avoidance, rather than drought sensitivity. Variable drought responses along the SLA gradient of forbs imply that multiple other traits are related to drought resistance across evolutionarily distant species. Synthesis. Our results suggest that deep roots are beneficial for temperate grassland species subjected to longer periods without rainfall when plant‐available water is lacking in shallow soil layers but remaining in deep soil layers. In the face of increasing drought severity, we thus recommend (1) fostering deep‐rooted species in intensive grasslands on deep, productive soil and (2) directing further studies towards identifying management practices that support deep rooting in semi‐natural grasslands.

Nature Sustainability, 6 (4) ISSN:2398-9629

AbstractPlant diversity effects on community productivity often increase over time. Whether the strengthening of diversity effects is caused by temporal shifts in species-level overyielding (i.e., higher species-level productivity in diverse communities compared with monocultures) remains unclear. Here, using data from 65 grassland and forest biodiversity experiments, we show that the temporal strength of diversity effects at the community scale is underpinned by temporal changes in the species that yield. These temporal trends of species-level overyielding are shaped by plant ecological strategies, which can be quantitatively delimited by functional traits. In grasslands, the temporal strengthening of biodiversity effects on community productivity was associated with increasing biomass overyielding of resource-conservative species increasing over time, and with overyielding of species characterized by fast resource acquisition either decreasing or increasing. In forests, temporal trends in species overyielding differ when considering above- versus belowground resource acquisition strategies. Overyielding in stem growth decreased for species with high light capture capacity but increased for those with high soil resource acquisition capacity. Our results imply that a diversity of species with different, and potentially complementary, ecological strategies is beneficial for maintaining community productivity over time in both grassland and forest ecosystems.