近期,复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室、上海长江河口湿地生态系统国家野外科学观测研究站鞠瑞亭团队在互花米草治理后盐沼生物多样性恢复研究中取得重要进展,研究成果于2022年11月27日以“Restoration of native saltmarshes can reverse arthropod assemblages and trophic interactions changed by a plant invasion”为题发表在国际生态学著名期刊Ecological Applications上。该研究发现互花米草入侵虽然降低了盐沼湿地节肢动物多样性和营养互作,但米草治理后土著盐沼植被的恢复有助于生物多样性的提升,并促进了湿地的营养循环。
近年来,外来植物入侵严重影响了滨海湿地生物多样性和生态系统结构与功能,修复受损的滨海湿地已成为海岸带自然资源管理的一项关键任务。入侵植物清除后,节肢动物多样性和营养相互作用是生态恢复成功的重要标志性指标,但在盐沼恢复中却常常被忽视。本研究以上海崇明东滩24平方公里的入侵植物互花米草Spartina alterniflora治理工程区及其毗邻区域为研究地点(图1),以昆虫与蜘蛛等节肢动物为对象,选取五种植物群落,比较了不同植物群落中的节肢动物多样性、营养功能群组成及肉食者食物结构的差异,分析了节肢动物群落特征与植物群落中生物及非生物环境因素之间的关系,探讨了盐沼入侵植物治理后节肢动物群落变化的动态与驱动机制。
图1 上海崇明东滩24平方公里的入侵植物互花米草Spartina alterniflora治理工程
研究结果发现,虽然互花米草入侵降低了盐沼节肢动物的物种数量(表1),并改变了盐沼节肢动物的群落结构(图2)和天敌食性(图3),但这些变化可在入侵植物清除并恢复芦苇植被后而发生恢复性逆转(表1,图2,3)。节肢动物群落组合和营养结构的变化主要与4个生物、非生物变量(即地上生物量、植株密度、叶片氮含量和土壤盐度)密切相关(图4)。这些结果表明,虽然植物入侵影响了湿地节肢动物的多样性与营养关系,但是清除入侵植物并恢复土著植被后这些影响能得到缓解。该研究加深了我们对湿地植物入侵及其治理后,生物多样性和生态系统食物网关系变化动态的深刻认识,也为盐沼生态修复工程的效益评估提供了科学依据。
表1. 五种植物群落中不同分类水平上的节肢动物组成
植物群落 | 目 | 科 | 种 |
原生的芦苇群落 | 12 | 78 | 202 |
受互花米草威胁的芦苇群落 | 12 | 81 | 257 |
芦苇-互花米草混生群落 | 12 | 73 | 209 |
入侵后的互花米草群落 | 13 | 67 | 153 |
恢复后的芦苇群落 | 14 | 91 | 263 |
图2 五种植物群落中节肢动物在物种水平(a)及营养功能群水平(b)上群落结构的非度量多维尺度NMDS分析排序图
图3 不同植物群落中植物和节肢动物肉食者功能群的稳定同位素C(δ13C)和N(δ15N)双标图(a–e)及Layman度量概率值(f)
图4 五种植物群落中节肢动物在物种水平(a)及营养功能群水平(b)上群落结构与环境变量CCA分析双标图
复旦大学生命科学学院已毕业硕士生江佳佳为本文的第一作者,鞠瑞亭教授为通讯作者,复旦大学在读硕士生赵玉杰、博士生郭耀霖、兰州大学吴纪华教授、云南大学李博教授、上海市园林科学规划研究院高磊高级工程师,以及德国图宾根大学Christina Richards副教授、美国莱斯大学Evan Siemann教授为共同作者。成果发表后,得到美国生态学会会刊(Bulletin of the Ecological Society of America)专门报道。本研究受到国家自然科学基金、国家科技基础资源调查专项、上海市科学技术委员会重点项目和黄海湿地研究所等项目资助。