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科研進展

水生所揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級內和營養(yǎng)級間的種群異步性對消費者群落穩(wěn)定性具有相反的效應

發(fā)表日期:2024-09-14饒驍,蘇豪杰來源:水生生物研究所放大 縮小

隨著全球氣候變化和人類干擾的不斷加劇,了解生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用機制對于生態(tài)系統(tǒng)功能和服務的維持具有重要意義。群落生態(tài)學中的穩(wěn)定性最常采用變異系數(shù)(即標準差與均值的比值)來衡量,它描繪了群落豐度隨時間變化的特征。相關理論研究表明,群落穩(wěn)定性可分解為種群異步波動(即種間異步性)與加權平均的物種穩(wěn)定性(即種群穩(wěn)定性)。最近的實證研究和薈萃分析結果均表明,物種多樣性與群落穩(wěn)定性之間主要呈現(xiàn)正相關,這主要歸因于物種多樣性對種間異步性(Population asynchrony)的積極影響。先前有關“多樣性-異步性-穩(wěn)定性”的關系研究多關注單一營養(yǎng)級,而對其在多個營養(yǎng)級間的作用機制在很大程度上尚不明確。

近日,中國科學院水生生物研究所謝平研究員團隊發(fā)表的研究成果揭示了湖泊生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級內和營養(yǎng)級間的種群異步性對消費者群落穩(wěn)定性具有相反的效應。

武漢東湖(無人機航拍:王藍天)

該研究2003-2020年間中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(CERN)中國科學院東湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗站月度浮游動物(消費者)和浮游植物(資源)的長期觀測研究數(shù)據(jù)為基礎,對生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級間群落異步性(Trophic community asynchrony)進行了量化,同時在氣候變暖、魚類(鰱鳙)攝食和營養(yǎng)鹽(氮磷)富集等多重壓力下,對浮游動物和浮游植物營養(yǎng)級內和營養(yǎng)級間的種間異步性(圖1)影響季節(jié)性生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的機制進行了研究(圖2)。

1 營養(yǎng)級內和營養(yǎng)級間種間異步性的增加(即種間異步性和營養(yǎng)級間群落異步性)對群落穩(wěn)定性的可能影響。(a)種間異步性量化了物種應對環(huán)境波動時隨時間變化所產生的不同反應(即時間尺度上的保險效應)(Yachi & Loreau,1999),其通常會減少群落總體屬性的波動,促進群落穩(wěn)定(Loreau et al.,2021)。(b)營養(yǎng)級間群落異步性可能會使消費者和資源之間的關系脫鉤(Visser & Gienapp,2019),從而導致消費者與最優(yōu)的食物資源不匹配,最終降低消費者的群落穩(wěn)定性(Thackeray et al.,2010;Kharouba et al.,2018)。實線旁邊的垂直虛線段描述了相關群落隨時間的波動幅度。虛線段越長,穩(wěn)定性越低。

2? 水溫、魚類產量和營養(yǎng)鹽(總氮和總磷)對浮游植物(Phytoplankton)和浮游動物(Zooplankton)群落穩(wěn)定性影響的結構方程模型。圖左邊為使用Simpson多樣性指數(shù)評估的與浮游植物群落穩(wěn)定性有關的結構方程模型,圖右邊為使用Simpson多樣性指數(shù)評估的與浮游動物群落穩(wěn)定性有關的結構方程模型。紅色和黑色實線箭頭分別代表顯著的正面和負面途徑,虛線箭頭則代表不顯著的途徑,箭頭寬度與關系強度成正比。粗體數(shù)字表示標準路徑系數(shù)(*P < 0.05,**P < 0.01,***P < 0.001)。R2m代表了對響應變量的“固定效應”解釋(Phytoplankton: Fisher's C = 25.591,P-value = 0.596,DF = 28;Zooplankton: Fisher's C = 35.824,P-value = 0.570,DF = 38)

研究結果表明在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的營養(yǎng)級內,物種多樣性主要通過增加種間異步性來促進群落穩(wěn)定性,并且物種多樣性還可以通過增加種群穩(wěn)定性來促進群落穩(wěn)定性,后者與之前在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的發(fā)現(xiàn)(即物種多樣性與種群穩(wěn)定性主要表現(xiàn)負相關)并不一致;在營養(yǎng)級間,研究發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)級間群落異步性會破壞消費者群落的穩(wěn)定,這表明營養(yǎng)級內部和營養(yǎng)級之間的種群不同步對消費者群落的穩(wěn)定性具有相反的效應。此外,結構方程模型結果還表明,水溫升高和氮磷營養(yǎng)鹽富集會顯著削弱浮游植物和浮游動物的群落穩(wěn)定性。而魚類(鰱鳙)產量主要對浮游動物群落穩(wěn)定性產生顯著的負面影響,對浮游植物群落穩(wěn)定性的影響微弱且并不顯著。

該研究以“Population asynchrony within and between trophic levels have contrasting effects on consumer community stability in a subtropical lake”為題,近日發(fā)表于國際動物生態(tài)學經(jīng)典期刊《Journal of Animal Ecology》上(https://doi.org/10.1111/1365-2656.14176)。水生所博士生饒驍為第一作者,水生所謝平研究員和云南大學蘇豪杰副研究員為共同通訊作者,北京大學王少鵬研究員等參與了相關研究。本研究得到了國家自然科學基金重大研究計劃集成項目(92251304)和青年基金(32101308)的資助。

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