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水鳥是全球濕地生物多樣性的重要組分之一。在我國，數(shù)以萬計的水鳥在黃渤海濱海濕地遷飛、覓食、繁育和越冬，這包括勺嘴鷸、小青腳鷸、紅頸濱鷸等許多瀕危水鳥（圖1），受國內(nèi)外社會各界的廣泛關(guān)注。當(dāng)前，水鳥保護(hù)之所以備受關(guān)注，主要是由于許多水鳥具有珍稀、易受脅、瀕危等特征，認(rèn)為水鳥是濕地生物多樣性、濕地健康和濕地保護(hù)修復(fù)成效的指示種（indicator species）。然而，水鳥在濕地生態(tài)系統(tǒng)中扮演著什么角色、發(fā)揮著哪些生態(tài)功能？

▲圖1 |黃渤海濱海濕地部分常見及瀕危水鳥。照片由張樹巖、Andrey Gulivanov、Vassiliy Vishnevskiy、Paul Hoekman、kajornyot 、JMrocek等拍攝，均已獲授權(quán)使用或為開源圖片。

近日，國際綜合性期刊 Nature Communications發(fā)表了復(fù)旦大學(xué)生物多樣性與生態(tài)工程教育部重點實驗室、上海長江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站賀強(qiáng)教授團(tuán)隊的研究成果“Shorebirds-driven trophic cascade helps restore coastal wetland multifunctionality”，通過在長江口濱海濕地互花米草治理區(qū)開展?fàn)I養(yǎng)級聯(lián)野外控制實驗（圖2），研究了水鳥在濱海濕地修復(fù)中的生態(tài)功能，結(jié)果表明水鳥之所以亟需強(qiáng)化保護(hù)，不僅是因為其脆弱性、瀕危性，更是因為其發(fā)揮著重要生態(tài)功能。

▲圖2 |濱海濕地營養(yǎng)級聯(lián)控制實驗。

通過開展多年度連續(xù)監(jiān)測，研究首先發(fā)現(xiàn)，以濱鳥為主的水鳥通過營養(yǎng)級聯(lián)顯著促進(jìn)濱海濕地植被的恢復(fù)。在長江口崇明東灘潮間帶互花米草治理區(qū)，自然恢復(fù)未能使土著植物海三棱藨草定殖和恢復(fù)。按常規(guī)種植密度種植的海三棱藨草，由于植食性蟹類的啃食，同樣未能成功定殖。排除水鳥以模擬水鳥種群的持續(xù)喪失，由于降低了水鳥對植食性蟹類的捕食作用而引發(fā)植食性蟹類的季節(jié)性爆發(fā)，加劇了種植的海三棱藨草的消亡。相反，排除植食性蟹類模擬水鳥種群喪失前的高強(qiáng)度捕食作用，可使種植的海三棱藨草得以成功定殖和恢復(fù)（圖3）。

▲圖3 |水鳥、植食性蟹類和植被的變化趨勢。

通過進(jìn)一步測定12種濕地功能，并應(yīng)用平均值法和等同累計法（effective multifunctionality）分析多功能性，研究發(fā)現(xiàn)，水鳥還可通過影響蟹類對土著植被恢復(fù)的抑制作用和對土壤的擾動作用促進(jìn)濱海濕地多種功能的恢復(fù)。自然恢復(fù)和僅種植海三棱藨草不能提升任何一種濕地功能；排除水鳥模擬水鳥種群的加劇喪失顯著降低了沉積物淤積、碳固持、氮累積、土壤重金屬凈化等濕地功能，使?jié)竦仄骄喙δ苄燥@著降低了20%；相反，排除植食性蟹類模擬水鳥種群喪失前的高強(qiáng)度捕食作用，顯著提高了初級生產(chǎn)力、次級生產(chǎn)力、風(fēng)浪削減、沉積物淤積、土壤呼吸、氮礦化、凋落物分解、碳固持、氮累積和土壤重金屬凈化等多項濕地功能，使?jié)竦仄骄喙δ苄燥@著提高了61%（圖4）。

▲圖4 |不同修復(fù)處理中的濕地多功能性。

結(jié)合相關(guān)分析和水鳥非消費效應(yīng)模擬實驗，研究還發(fā)現(xiàn)，不論水鳥是否捕食蟹類，均可強(qiáng)烈抑制植食性蟹類的豐度。水鳥對蟹類不僅存在致死性的捕食作用，還存在非致死性的恐嚇作用和干擾作用，這均可抑制蟹類的豐度、對植物的啃食及對土壤的擾動，并影響濕地植被和生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)。此外，水鳥對蟹類的抑制作用在水鳥豐富的遷徙季節(jié)尤為強(qiáng)烈。

該研究表明，水鳥不僅是濕地生物多樣性和保護(hù)修復(fù)成效的指示種，還是調(diào)控濕地結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵種（keystone species），可通過營養(yǎng)級聯(lián)顯著促進(jìn)濱海濕地植被及生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)。研究結(jié)果從生態(tài)功能角度為水鳥保護(hù)提供了新依據(jù)，為濱海濕地多功能性修復(fù)提供了基于自然的新方案。此外，該研究還為關(guān)鍵捕食動物有助于修復(fù)受損生態(tài)系統(tǒng)多功能性提供了實驗性證據(jù)，為推動生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)從基于上行效應(yīng)（bottom-up control）的奠基種修復(fù)模式向整合下行效應(yīng)（top-down control）的多營養(yǎng)級修復(fù)模式轉(zhuǎn)變提供了關(guān)鍵依據(jù)，為協(xié)同野生動物保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)功能修復(fù)提供了新思路。

該研究由復(fù)旦大學(xué)聯(lián)合中國科學(xué)院植物研究所、南京林業(yè)大學(xué)、美國布朗大學(xué)、杜克大學(xué)、佛羅里達(dá)大學(xué)、北卡羅來納大學(xué)威爾明頓分校等科研人員完成。復(fù)旦大學(xué)賀強(qiáng)教授為該論文的通訊作者，課題組博士研究生李春明為第一作者，博士畢業(yè)生陳建設(shè)為第二作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計劃等項目的資助。

論文信息

標(biāo)題：Shorebirds-driven trophic cascade helps restore coastal wetland multifunctionality

期刊：Nature Communications

類型：Article

作者：李春明, 陳建設(shè), ...... , & 賀強(qiáng)*

時間：2023-12-06

DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43951-3

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