近日，中國科學院水生生物研究所研究員謝平團隊從物種多樣性和功能性狀出發(fā)，提出了富營養(yǎng)化影響生態(tài)系統(tǒng)彈性的潛在機制。相關研究成果以Eutrophication decreases ecological resilience by reducing species diversity and altering functional traits of submerged macrophytes為題，在線發(fā)表在Global Change Biology上。
生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉換備受關注，這是由于不可逆的非線性突變會改變生態(tài)系統(tǒng)的服務功能。隨著系統(tǒng)接近臨界點，生態(tài)彈性會下降。當環(huán)境條件超過特定閾值時，穩(wěn)態(tài)轉換便會發(fā)生。謝平研究團隊基于對武漢東湖64年的長期生態(tài)調(diào)查和沉積柱古硅藻群落數(shù)據(jù)，揭示了包含多營養(yǎng)級生物突變以及時滯的湖泊穩(wěn)態(tài)轉換及其驅動因素。穩(wěn)態(tài)轉化和生態(tài)彈性密切相關，但如何量化生態(tài)彈性是生態(tài)學研究的難題之一。而生態(tài)彈性又與生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)控有關。一般來說，強正反饋易產(chǎn)生突變，而弱正反饋易產(chǎn)生平滑或線性響應。正反饋本質上來說是自我促進的過程，可通過提高穩(wěn)態(tài)轉換閾值來緩沖外部環(huán)境變化引起的突變。本研究先前成果表明，大型沉水植物為主的清水狀態(tài)的生態(tài)彈性主要由改變水體透明度的正反饋強度決定。因此，提升以大型沉水植物為主的正反饋強度，削弱以藻類為主的正反饋強度，是保持清水狀態(tài)高生態(tài)彈性的關鍵。?
生態(tài)系統(tǒng)彈性可受到群落功能性狀的影響，形態(tài)和生理特征反映了物種或群落的生態(tài)策略，對揭示物種對環(huán)境的響應和適應及預測全球變化具有重要意義。本研究基于光照控制實驗和野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沉水植物性狀網(wǎng)絡與植物的生長、群落結構和功能相關。在淡水生態(tài)系統(tǒng)中，具有高形態(tài)復雜性的沉水大型植物可以在湖底形成密集的草甸，從它們的冠層和根部釋放活性氧，抑制沉積物磷的釋放，并形成復雜的空間，為浮游動物提供棲息地，對維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)的清水狀態(tài)具有重要作用?；瘜W計量內(nèi)穩(wěn)性是植物保持其內(nèi)部元素含量穩(wěn)定的能力，該團隊的既往研究表明，沉水植物群落化學計量內(nèi)穩(wěn)性與群落結構、功能和穩(wěn)定性相關，且高內(nèi)穩(wěn)性植物比低內(nèi)穩(wěn)性植物對水體TP具有更大的響應閾值，表明高內(nèi)穩(wěn)性植物占優(yōu)勢的群落可能具有更大的生態(tài)彈性。?
物種多樣性同樣是影響生態(tài)系統(tǒng)彈性的關鍵，具有高物種多樣性的生態(tài)系統(tǒng)通常具有更高生態(tài)系統(tǒng)功能和時間不變性。由于物種可能對環(huán)境變化做出不同的響應，物種不同步變化會提供一種 "保險 "效應以保持整體功能的恒定。此外，多個物種可能會具有更高的空間復雜性和功能冗余，這對促進物種共存和強化正反饋作用至關重要。然而，盡管有明顯的證據(jù)表明世界范圍內(nèi)的物種多樣性喪失，但這種喪失對生態(tài)系彈性的影響卻知之甚少。?
鑒于此，基于對長江中下游，云貴高原和四川盆地的35個湖泊的野外采樣調(diào)查，研究量化了沉水植物的形態(tài)復雜性（即植物的比表面積）、形態(tài)可塑性（即比表面積的變異系數(shù)）和化學計量內(nèi)穩(wěn)性，探討了水體富營養(yǎng)化如何通過改變沉水植物群落功能性狀和物種多樣性對生態(tài)系統(tǒng)彈性產(chǎn)生影響。?
研究發(fā)現(xiàn)，形態(tài)復雜性和形態(tài)可塑性與磷化學計量內(nèi)穩(wěn)性相關，也與生態(tài)系統(tǒng)的結構、功能和穩(wěn)定性有關。研究顯示，以大型沉水植物為主的湖泊，其正反饋強度與群落生物量和物種多樣性顯著正相關（圖1）。富營養(yǎng)化可以通過降低群落的形態(tài)復雜性、可塑性和化學計量內(nèi)穩(wěn)性減少群落的生物量，并通過低光照度減少物種多樣性，最終降低清水狀態(tài)的正反饋強度和生態(tài)彈性（圖2）。研究提出，在未來不斷變化的環(huán)境中，應同時考慮功能性狀和物種多樣性的變化，以建立更具彈性的生態(tài)系統(tǒng)。?
研究工作得到中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、云南省科學技術廳和國家自然科學基金等的支持。
圖1.?群落生物量和物種多樣性與正反饋強度之間的關系。
圖2.?富營養(yǎng)化影響正反饋的路徑。箭頭上的數(shù)字表示路徑系數(shù)（*** P < 0.001， ** P < 0.01， * P < 0.05）。黑色箭頭表示負相關，紅色箭頭表示正相關，虛線表示相關性不顯著。?
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