Tree diversity improves forest productivity Experimental studies in grasslands have shown that the loss of species has negative consequences for ecosystem functioning. Is the same true for forests? Huang et al. report the first results from a large biodiversity experiment in a subtropical forest in China. The study combines many replicates, realistic tree densities, and large plot sizes with a wide range of species richness levels. After 8 years of the experiment, the findings suggest strong positive effects of tree diversity on forest productivity and carbon accumulation. Thus, changing from monocultures to more mixed forests could benefit both restoration of biodiversity and mitigation of climate change. Science , this issue p. 80

Forest ecosystems are an integral component of the global carbon cycle as they take up and release large amounts of C over short time periods (C flux) or accumulate it over longer time periods (C stock). However, there remains uncertainty about whether and in which direction C fluxes and in particular C stocks may differ between forests of high versus low species richness. Based on a comprehensive dataset derived from field-based measurements, we tested the effect of species richness (3-20 tree species) and stand age (22-116 years) on six compartments of above- and below-ground C stocks and four components of C fluxes in subtropical forests in southeast China. Across forest stands, total C stock was 149 ± 12 Mg ha

Summary Biodiversity–ecosystem functioning ( BEF ) experiments address ecosystem‐level consequences of species loss by comparing communities of high species richness with communities from which species have been gradually eliminated. BEF experiments originally started with microcosms in the laboratory and with grassland ecosystems. A new frontier in experimental BEF research is manipulating tree diversity in forest ecosystems, compelling researchers to think big and comprehensively. We present and discuss some of the major issues to be considered in the design of BEF experiments with trees and illustrate these with a new forest biodiversity experiment established in subtropical C hina ( X ingangshan, J iangxi P rovince) in 2009/2010. Using a pool of 40 tree species, extinction scenarios were simulated with tree richness levels of 1, 2, 4, 8 and 16 species on a total of 566 plots of 25·8 × 25·8 m each. The goal of this experiment is to estimate effects of tree and shrub species richness on carbon storage and soil erosion; therefore, the experiment was established on sloped terrain. The following important design choices were made: (i) establishing many small rather than fewer larger plots, (ii) using high planting density and random mixing of species rather than lower planting density and patchwise mixing of species, (iii) establishing a map of the initial ‘ecoscape’ to characterize site heterogeneity before the onset of biodiversity effects and (iv) manipulating tree species richness not only in random but also in trait‐oriented extinction scenarios. Data management and analysis are particularly challenging in BEF experiments with their hierarchical designs nesting individuals within‐species populations within plots within‐species compositions. Statistical analysis best proceeds by partitioning these random terms into fixed‐term contrasts, for example, species composition into contrasts for species richness and the presence of particular functional groups, which can then be tested against the remaining random variation among compositions. We conclude that forest BEF experiments provide exciting and timely research options. They especially require careful thinking to allow multiple disciplines to measure and analyse data jointly and effectively. Achieving specific research goals and synergy with previous experiments involves trade‐offs between different designs and requires manifold design decisions.

Human-induced biodiversity change impairs ecosystem functions crucial to human well-being. However, the consequences of this change for ecosystem multifunctionality are poorly understood beyond effects of plant species loss, particularly in regions with high biodiversity across trophic levels. Here we adopt a multitrophic perspective to analyze how biodiversity affects multifunctionality in biodiverse subtropical forests. We consider 22 independent measurements of nine ecosystem functions central to energy and nutrient flow across trophic levels. We find that individual functions and multifunctionality are more strongly affected by the diversity of heterotrophs promoting decomposition and nutrient cycling, and by plant functional-trait diversity and composition, than by tree species richness. Moreover, cascading effects of higher trophic-level diversity on functions originating from lower trophic-level processes highlight that multitrophic biodiversity is key to understanding drivers of multifunctionality. A broader perspective on biodiversity-multifunctionality relationships is crucial for sustainable ecosystem management in light of non-random species loss and intensified biotic disturbances under future environmental change.

Global warming is increasing the frequency and intensity of climate extremes. Forests may buffer such extreme events by creating their own microclimate below their canopy via cooling hot and insulating against cold macroclimate air temperatures. This buffering capacity of forests may be increased by tree diversity and may itself maintain forest functioning and biodiversity. However, despite its relevance for many ecosystem processes, the effect of tree diversity on temperature buffering is largely unexplored. Here, we show that tree species richness consistently increases forest temperature buffering across daily, monthly, and annual scales over six years. This finding is based on data from a large-scale tree diversity experiment covering a species richness gradient of 1 to 24 tree species. We found that species richness strengthened both components of forest temperature buffering: the attenuation of hot and of cold macroclimate air temperatures, with the cooling effect being more pronounced. The buffering effect of tree species richness was mediated by canopy density and structural diversity, assessed as leaf area index and stand structural complexity index, respectively. Safeguarding and planting diverse forests may thus mitigate negative effects of global warming and climate extremes on ecosystem functions and communities below the tree canopy.

Forest ecosystems contribute substantially to global terrestrial primary productivity and climate regulation, but, in contrast to grasslands, experimental evidence for a positive biodiversity-productivity relationship in highly diverse forests is still lacking. Here, we provide such evidence from a large forest biodiversity experiment with a novel design in subtropical China. Productivity (stand-level tree basal area, aboveground volume and carbon and their annual increment) increased linearly with the logarithm of tree species richness. Additive partitioning showed that increasing positive complementarity effects combined with weakening negative selection effects caused a strengthening of the relationship over time. In 2-species mixed stands, complementary effects increased with functional distance and selection effects with vertical crown dissimilarity between species. Understorey shrubs reduced stand-level tree productivity, but this effect of competition was attenuated by shrub species richness, indicating that a diverse understorey may facilitate overall ecosystem functioning. Identical biodiversity-productivity relationships were found in plots of different size, suggesting that extrapolation to larger scales is possible. Our results highlight the potential of multi-species afforestation strategies to simultaneously contribute to mitigation of climate change and biodiversity restoration.