近日，我校藥學(xué)院萬年峰課題組在Nature子刊—Nature Ecology & Evolution上發(fā)表了題為“Global evidence that plant diversity suppresses pests and es plant performance and crop production”的研究性論文。該研究在全球尺度上證實：植物多樣性?種植不僅能直接促進植物增產(chǎn)，更能通過抑制植物病蟲害間接提升作物產(chǎn)量?，為發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)提供了兼具科學(xué)創(chuàng)新性與實踐可行性的全新路徑。

　　經(jīng)典的“生物多樣性–生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系”理論（biodiversity–ecosystem functioning relationships）認為，增加植物多樣性可直接促進植物生產(chǎn)力，該理論已獲多篇Nature和Science正刊研究證實（如Nature, 1996, 379: 718-720；Nature, 2004, 431: 181-184；Science, 2016, 354: aaf8957），但植物多樣性是否通過抑制植物病蟲草鼠害等有害生物（即“植物拮抗者Plant antagonists”）間接提升植物生產(chǎn)力，此前仍是未解之謎。為此，萬年峰課題組聯(lián)合中、英、法、德、芬蘭、荷蘭、瑞典、瑞士、加拿大共9國18個機構(gòu)科研人員，整合全球609個受控試驗數(shù)據(jù)，不僅驗證了傳統(tǒng)理論，更發(fā)現(xiàn)植物多樣性可通過抑制植物有害生物顯著提升生產(chǎn)力，據(jù)此提出“植物拮抗者假說”（Plant antagonist hypothesis）”（圖1），為理解生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控作用提供了新視角。

圖1：植物拮抗者假說：植物多樣性通過抑制植物有害生物來增加植物生產(chǎn)力

（紅箭頭表示負相關(guān)關(guān)系，藍箭頭表示正相關(guān)關(guān)系；下同）

　　在將陸地生態(tài)系統(tǒng)劃分為農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、草原與森林系統(tǒng)后研究發(fā)現(xiàn)，植物多樣性在這三個系統(tǒng)中均能直接促進植物生產(chǎn)力提升，但農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中作物多樣性通過抑制植物病蟲害來增加作物產(chǎn)量的間接效應(yīng)尤為顯著，而草原和森林系統(tǒng)則未表現(xiàn)出顯著的控害間接增產(chǎn)效果（圖2）。

圖2：不同生態(tài)系統(tǒng)中植物多樣性控害對植物生產(chǎn)力的影響存在差異

　　在證實農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中作物多樣性控害能同時通過直接和間接途徑增加作物生產(chǎn)力的基礎(chǔ)上，作者進一步將作物多樣性種植模式劃分為間套作（Intercropping）、覆蓋作物（Cover cropping）和田埂播種植物（Sown field margins）三類，研究發(fā)現(xiàn)間套作和覆蓋作物對主栽作物具有顯著的直接增產(chǎn)效應(yīng)，而田埂種植植物的增產(chǎn)效果則不顯著；同時，間套作通過抑制作物病蟲害實現(xiàn)間接增產(chǎn)的效應(yīng)尤為突出，而其他兩種模式在控害間接增產(chǎn)方面的效果均不顯著（圖3），這說明間套作是實現(xiàn)作物多樣性控害增產(chǎn)的最理想種植模式。

圖3：不同作物多樣性類型控害對作物生產(chǎn)力的影響存在差異

　　進一步將植物分為草本和木本植物后發(fā)現(xiàn)，植物多樣性在這兩類植物中均能顯著直接提升植物生產(chǎn)力，但通過抑制病蟲害實現(xiàn)間接增產(chǎn)的效果在草本植物系統(tǒng)中表現(xiàn)顯著，而在木本植物中則未呈現(xiàn)明顯效應(yīng)（圖4），這暗示著相較于木本植物，在草本植物系統(tǒng)中推廣多樣化種植更易達成控害增產(chǎn)的農(nóng)業(yè)目標。

圖4：植物多樣性控害對草本和木本植物生產(chǎn)力的影響存在差異

　　當按氣候帶劃分植物種植區(qū)域時，溫帶與熱帶地區(qū)展現(xiàn)出不同的響應(yīng)模式。數(shù)據(jù)顯示，植物多樣性在溫帶和熱帶地區(qū)均能直接促進植物生產(chǎn)力提升，但通過抑制病蟲害實現(xiàn)間接增產(chǎn)的效果在溫帶地區(qū)表現(xiàn)尤為顯著，而在熱帶地區(qū)則未達到顯著水平（圖5）。這一發(fā)現(xiàn)表明，在溫帶地區(qū)推廣多樣化植物種植，能更有效地實現(xiàn)控害增產(chǎn)的目標，為不同氣候帶的種植策略優(yōu)化提供了重要參考。

圖5：溫帶和熱帶地區(qū)植物多樣性控害對植物生產(chǎn)力的影響存在差異

　　該研究不僅深化了經(jīng)典的“生物多樣性–生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系”理論，揭示了生物多樣性通過抑制病蟲害間接提升植物生產(chǎn)力的調(diào)控機制，更基于全球試驗數(shù)據(jù)驗證了農(nóng)田作物多樣化種植（尤其是間套作模式）在生態(tài)控害與增產(chǎn)增效上的協(xié)同優(yōu)勢，為我國不同氣候帶和作物類型提供了差異化技術(shù)方案：1）在溫帶主糧產(chǎn)區(qū)（如華北平原、東北平原、長江中下游平原等），重點推廣間套作模式，通過優(yōu)化作物空間配置（如玉米與大豆帶狀復(fù)合種植）并引入具有固氮、驅(qū)蟲或養(yǎng)分互補等特定生態(tài)功能的功能型伴生植物（如在玉米間套作中種植固氮豆科植物或驅(qū)蟲香草類植物），以提升水稻、小麥、玉米等草本主糧的產(chǎn)量與抗性；2）在熱帶地區(qū)，探索適應(yīng)性更強的輪作模式（如水稻與紫云英等綠肥作物輪作）或立體種養(yǎng)模式（如“稻-魚/鴨”復(fù)合系統(tǒng)），兼顧生態(tài)效益與生產(chǎn)穩(wěn)定性；3）針對木本農(nóng)作物（如果樹、經(jīng)濟林等），結(jié)合其生長周期長、冠層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，可開發(fā)林下間作耐陰作物（如三七、黃精等耐陰中藥材）或食用菌（如香菇、平菇、靈芝等），或在果園中搭配種植苜蓿等綠肥植物，通過構(gòu)建多層次種植結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮生物多樣性在抑制病蟲害、改善土壤微環(huán)境等方面的控害潛力，實現(xiàn)生態(tài)效益與經(jīng)濟效益雙贏。通過因地制宜推廣這些植物多樣性種植技術(shù)，可顯著減少農(nóng)藥依賴、提升土地產(chǎn)出效率，為構(gòu)建高產(chǎn)、高效、生態(tài)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)體系提供科學(xué)支撐，助力我國糧食安全與農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。

　　Nature Ecology & Evolution正式接受該文后，萬年峰受Nature集團Nature Portfolio Communities的邀請，在“Behind the Paper blog post”欄目報道題為“A tailored plant diversity strategy benefits humanity”的成果，并強調(diào)了通過利用植物多樣性種植技術(shù)持續(xù)控制植物病蟲害的意義（圖6）。

圖6：萬年峰在Nature Portfolio Ecology & Evolution Communities上報道利用植物多樣性控害成果

　　華東理工大學(xué)為第一完成單位且唯一通訊單位，萬年峰為該文通訊作者，萬年峰教授、復(fù)旦大學(xué)王昱泉博士、首都醫(yī)科大學(xué)付利萬博士、萬年峰課題組劉杰碩士生為共同第一作者。此外，其他合作者包括：復(fù)旦大學(xué)胡躍清教授和申思源碩士生、復(fù)旦大學(xué)上海數(shù)學(xué)科學(xué)研究中心施大鵬博士、華東理工大學(xué)李忠教授、萬年峰課題組已畢業(yè)碩士生周佳、上海市野生動植物和自然保護地研究中心辛鳳飛博士、英國生態(tài)和水文中心Ben A. Woodcock和James M. Bullock高級研究員、芬蘭奧盧大學(xué)Anu Eskelinen、英國牛津大學(xué)Andy Hector教授、法國科學(xué)院院士/歐洲科學(xué)院院士/加拿大皇家科學(xué)院院士/北京大學(xué)客座教授Michel Loreau博士、荷蘭烏得勒支大學(xué)Yann Hautier博士、英國蘭卡斯特大學(xué)Richard D. Bardgett教授、瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)Paul Kardol教授、瑞士蘇黎世大學(xué)Debra Zuppinger-Dingley博士、加拿大湯姆遜河大學(xué)Lauchlan H. Fraser教授、加拿大阿爾伯塔大學(xué)Shinichi Nakagawa教授、德國波恩大學(xué)Christoph Scherber教授。該研究得到了國家高層次青年人才項目、上海市農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新項目和國家自然科學(xué)基金等項目的資助。

　　萬年峰課題組主要用從分子到生態(tài)系統(tǒng)的方法，開展生物多樣性控制植物病蟲害研究，近期代表性成果以通訊/一作發(fā)表于Science (2025)、Nature Ecology & Evolution (2026)、Nature Plants (2020)、Nature Communications (2022, 2025)、Cell Reports Sustainability (2025)、Current Biology (2024a, 2024b)等國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上。

　　論文銜接：https://doi.org/10.1038/s41559-025-02964-5

　　“Behind the Paper”專欄銜接：https://communities.springernature.com/posts/a-tailored-plant-diversity-strategy-benefits-humanity