ABSTRACT Human land use threatens global biodiversity and compromises multiple ecosystem functions critical to food production. Whether crop yield-related ecosystem services can be maintained by few abundant species or rely on high richness remains unclear. Using a global database from 89 crop systems, we partition the relative importance of abundance and species richness for pollination, biological pest control and final yields in the context of on-going land-use change. Pollinator and enemy richness directly supported ecosystem services independent of abundance. Up to 50% of the negative effects of landscape simplification on ecosystem services was due to richness losses of service-providing organisms, with negative consequences for crop yields. Maintaining the biodiversity of ecosystem service providers is therefore vital to sustain the flow of key agroecosystem benefits to society.

In the United Nations Decade on Ecosystem Restoration1, large knowledge gaps persist on how to increase biodiversity and ecosystem functioning in cash crop-dominated tropical landscapes2. Here, we present findings from a large-scale, 5-year ecosystem restoration experiment in an oil palm landscape enriched with 52 tree islands, encompassing assessments of ten indicators of biodiversity and 19 indicators of ecosystem functioning. Overall, indicators of biodiversity and ecosystem functioning, as well as multidiversity and ecosystem multifunctionality, were higher in tree islands compared to conventionally managed oil palm. Larger tree islands led to larger gains in multidiversity through changes in vegetation structure. Furthermore, tree enrichment did not decrease landscape-scale oil palm yield. Our results demonstrate that enriching oil palm-dominated landscapes with tree islands is a promising ecological restoration strategy, yet should not replace the protection of remaining forests.

Animals provide services such as pollination and pest control in cacao agroforestry systems, but also disservices. Yet, their combined contributions to crop yield and fruit loss are mostly unclear. In a full-factorial field experiment in northwestern Peru, we excluded flying insects, ants, birds and bats from cacao trees and assessed several productivity indicators. We quantified the contribution of each group to fruit set, fruit loss and marketable yield and evaluated how forest distance and canopy closure affected productivity. Fruit set dropped (from 1.7% to 0.3%) when flying insects were excluded and tripled at intermediate (40%) compared to high (greater than 80%) canopy cover in the non-exclusion treatment. Fruit set also dropped with bird and bat exclusion, potentially due to increased abundances of arthropods preying on pollinators or flower herbivores. Overall, cacao yields more than doubled when birds and bats had access to trees. Ants were generally associated with fruit loss, but also with yield increases in agroforests close to forest. We also evidenced disservices generated by squirrels, leading to significant fruit losses. Our findings show that several functional groups contribute to high cacao yield, while trade-offs between services and disservices need to be integrated in local and landscape-scale sustainable cacao agroforestry management.

Terrestrial animal biodiversity is increasingly being lost because of land-use change1,2. However, functional and energetic consequences aboveground and belowground and across trophic levels in megadiverse tropical ecosystems remain largely unknown. To fill this gap, we assessed changes in energy fluxes across 'green' aboveground (canopy arthropods and birds) and 'brown' belowground (soil arthropods and earthworms) animal food webs in tropical rainforests and plantations in Sumatra, Indonesia. Our results showed that most of the energy in rainforests is channelled to the belowground animal food web. Oil palm and rubber plantations had similar or, in the case of rubber agroforest, higher total animal energy fluxes compared to rainforest but the key energetic nodes were distinctly different: in rainforest more than 90% of the total animal energy flux was channelled by arthropods in soil and canopy, whereas in plantations more than 50% of the energy was allocated to annelids (earthworms). Land-use change led to a consistent decline in multitrophic energy flux aboveground, whereas belowground food webs responded with reduced energy flux to higher trophic levels, down to -90%, and with shifts from slow (fungal) to fast (bacterial) energy channels and from faeces production towards consumption of soil organic matter. This coincides with previously reported soil carbon stock depletion3. Here we show that well-documented animal biodiversity declines with tropical land-use change4-6 are associated with vast energetic and functional restructuring in food webs across aboveground and belowground ecosystem compartments.

Abstract How to enhance biodiversity in monoculture-dominated landscapes is a key sustainability question that requires considering the spatial organization of ecological communities (beta diversity). Here, we experimentally tested if increasing landscape heterogeneity – through tree islands – is a suitable landscape restoration strategy when aiming to enhance multi-taxa diversity. We found that multi-taxa diversity resulted from islands fostering unique species (turnover: between 0.18 - 0.73) rather than species losses and gains (nestedness: between 0.03 - 0.34), suggesting that tree islands enhance diversity at the landscape scale. Through partial correlation networks, we revealed that landscape heterogeneity is associated with multi-taxa diversity (strength = 0.84). Soil biota were also central to the overall community by connecting beta diversity patterns across taxa. Our results show that increasing landscape heterogeneity enhances multi-taxa diversity in monoculture-dominant landscapes. Furthermore, we highlight that strategies aiming to enhance multi-taxa diversity should consider that spatial distributions of above- and below-ground communities are associated.

Abstract Transformation of forests into agricultural lands threatens biodiversity and ecosystem functions globally. In the biodiversity hotspot Madagascar, key ecosystem functions along with highly endemic flora and fauna are under threat. Comprehensive studies identifying proximate drivers are lacking, with no studies accounting for endemic species richness across multiple taxa. We assess how plot-scale stand structural attributes (basal area, leaf area index, diameter diversity, and tree species richness) and landscape-scale forest cover affect biodiversity (species richness of butterflies, ants, birds, amphibians, reptiles, herbaceous plants, and multidiversity) and ecosystem functions (soil organic carbon, predation rate, acoustic diversity index, and multifunctionality) in the tropical mosaic landscape of northeastern Madagascar. Across a prevalent land-use gradient in the region, we sampled five woody land-use types: old-growth forest, forest fragment, woody fallow, forest-derived and fallow-derived vanilla agroforests. Complexly structured stands with a larger basal area and higher tree species richness promoted greater endemic multidiversity and certain ecosystem functions. Landscape-scale forest cover significantly favored, particularly, endemic bird species richness. Our models explained 70% of the variance in endemic multidiversity, 26% in multidiversity, and 43% in multifunctionality. Significant effects directions of our predictors differed between taxa but were univocally positive for endemic species richness. Our findings highlight that a simplified stand structure, resulting from land-use change, substantially reduces endemic biodiversity and ecosystem functions in this historically forested region. Conservation actions should aim at maintaining complex stand structure in forests and agroforests, while restoration interventions should focus on re-building such structures.

A large body of research shows that biodiversity loss can reduce ecosystem functioning, thus providing support for the conservation of biological diversity. Much of the evidence for this relationship is drawn from biodiversity-ecosystem functioning experiments (hereafter: biodiversity experiments), in which biodiversity loss is simulated by randomly assembling communities of varying species diversity, and ecosystem functions are measured. This random assembly has led some ecologists to question the relevance of biodiversity experiments to real-world ecosystems, where community assembly may often be non-random and influenced by external drivers, such as climate or land-use intensification. Despite these repeated criticisms, there has been no comprehensive, quantitative assessment of how experimental and real-world plant communities really differ, and whether these differences invalidate the experimental results. Here, we compare data from two of the largest and longest-running grassland biodiversity experiments globally (Jena Experiment, Germany; BioDIV, USA) to related real-world grassland plant communities in terms of their taxonomic, functional, and phylogenetic diversity and functional-trait composition. We found that plant communities of biodiversity experiments have greater variance in these compositional features than their real-world counterparts, covering almost all of the variation of the real-world communities (82-96%) while also containing community types that are not currently observed in the real world. We then re-analysed a subset of experimental data that included only ecologically-realistic communities, i.e. those comparable to real-world communities. For ten out of twelve biodiversity-ecosystem functioning relationships, biodiversity effects did not differ significantly between the full dataset of biodiversity experiments and the ecologically-realistic subset of experimental communities. This demonstrates that the results of biodiversity experiments are largely insensitive to the inclusion/exclusion of unrealistic communities. By bridging the gap between experimental and real-world studies, these results demonstrate the validity of inferences from biodiversity experiments, a key step in translating their results into specific recommendations for real-world biodiversity management.

Earth is home to over 350,000 vascular plant species that differ in their traits in innumerable ways. Yet, a handful of functional traits can help explaining major differences among species in photosynthetic rate, growth rate, reproductive output and other aspects of plant performance. A key challenge, coined ‘the Holy Grail’ in ecology, is to upscale this understanding in order to predict how natural or anthropogenically driven changes in the identity and diversity of co-occurring plant species drive the functioning of ecosystems. Here, we analyze the extent to which 42 different ecosystem functions can be predicted by 41 plant traits in 78 experimentally manipulated grassland plots over 10 years. Despite the unprecedented number of traits analyzed, the average percentage of variation in ecosystem functioning that they jointly explained was only moderate (32.6%) within individual years, and even much lower (12.7%) across years. Most other studies linking ecosystem functioning to plant traits analyzed no more than six traits, and when including either only six random or the six most frequently studied traits in our analysis, the average percentage of explained variation in across-year ecosystem functioning dropped to 4.8%. Furthermore, different ecosystem functions were driven by different traits, with on average only 12.2% overlap in significant predictors. Thus, we did not find evidence for the existence of a small set of key traits able to explain variation in multiple ecosystem functions across years. Our results therefore suggest that there are strong limits in the extent to which we can predict the long-term functional consequences of the ongoing, rapid changes in the composition and diversity of plant communities that humanity is currently facing.

Enhancing biodiversity in monoculture-dominated landscapes is a pressing restoration challenge. Planted tree islands can enhance biodiversity locally, but the role of processes at larger spatial scales is unclear. Using a multi-scale approach, we explored how these scale-dependent processes influence the diversity of seven taxa (woody plants, understory arthropods, birds, herbaceous plants and soil bacteria, fauna, and fungi) within 52 experimental tree islands in an oil palm landscape. We show that combinations of local, metacommunity (between islands), and landscape properties shaped both above- and below-ground taxa diversity, with more pronounced effects on above-ground taxa. The scales of effects ranged from 150 m for woody plants to 700 m for understory arthropods with below-ground taxa responding at unexpectedly large spatial extents. Our results underscore the need for multi-scale approaches to restoration. Additionally, our findings contribute to understanding the complex processes shaping multi-taxa diversity and offer insights for targeted conservation and restoration strategies.