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生态科普:惊!水生小动物拉帮结派竟然是因为……

“物以类聚,人以群分”,就像大学校园中不同的社团,吸引着兴趣爱好相似的同学们聚集在一起。这种现象在自然界同样存在,同一物种不同个体总是会寻找自己最舒适的生存环境(生境),如果适合的生境局限在一定的范围内,就会形成物种的集群,生态学中称之为种群;而不同的种群可能有相似的适宜生境,形成种群的集合,称之为群落。群落中不同物种间可能会有和平共处、打架斗殴、恃强凌弱、甚至互相残杀的情况。

如果在一个二维平面上发生上述事件,打不过就跑,世界那么大,总会有容身之处。这里涉及到另外一个概念——生态位,简单说就是物种所能适应的外部环境的阈值,表征物种能在多大的环境变化下生存。生态位越宽,在外部环境变化下存活的机会就越大,分布的范围也越广阔。想象一下在二维平面上一个个的生态位占据了一整个平面,像一幅蒙德里安新造型主义画卷。每个色块代表一个生态位,上面聚集着一群群的虫子(密集恐惧症就不要瞎想了)。然而,真实的世界是个三维空间,不止有平地,还有高山。

高山生态系统由于叠加了一个垂直维度,产生了海拔梯度。海拔能影响温度、大气压、含氧量等环境条件,形成了沿海拔梯度的环境变化,这些环境的变化导致了植被的差异,从而引起植被的分层现象。高山峡谷溪流自上而下贯穿整个山体,其水体中主要的物质能量来源于周边陆地环境的汇集,因此水环境也可能随植被类型的变化而变化。

图为: 物种丰富度随海拔梯度变化的模式。(a)全尺度呈双峰型,(b)低海拔尺度呈单调递增或反单峰型。(c)中海拔尺度呈单峰型。(d)高海拔尺度呈单调递减型。

底栖动物是一类长期生活于水中的生物类群,受水体中各种环境的综合影响十分强烈。作为溪流生境中分布最广泛、最重要的生物类群之一,底栖动物是评估生态系统与水环境健康状况的关键成员,在水生态系统的物质循环与能量流动中具有极其重要的生态学功能。与在二维平面上一样,三维空间中不同生物有不同的生态位,会自主选择自己最舒适的生境。例如有的生物喜欢在高海拔的环境快乐玩耍(这类生物比较危险,对气候变化非常敏感,面临较大的灭绝风险),一些生物对环境适应能力较强,在各种生境下都能健康成长(这类生物比较安全,灭绝风险不大)。

为探寻一个较大的海拔梯度上高山溪流底栖动物群落结构和多样性分布特征及其影响因素,澳门电子游戏平台大全app东喜玛拉雅研究院团队与高黎贡山国家级自然保护区福贡管理分局工作人员联合,历时9天,徒步翻越碧罗雪山,采集了两条发源于同一分水岭的高山溪流底栖动物和水环境信息。通过分析发现,大海拔跨度下的高山溪流底栖动物多样性垂直分布呈双峰型,且稀有物种由于其生态位的分化,完全契合了双峰模型的两个峰值区;另外,研究还发现植被带随海拔的切换对底栖动物多样性分布具有重要影响。

这些发现强调了将流域作为一个完整的复杂系统来考虑的重要性,在这个复杂系统中,某一特定位置(例如一个土地覆盖斑块)的某一要素的改变可能会影响该系统的整体结构,例如生物多样性的分布。

图为: 碧罗雪山海拔梯度下的生物多样性分布模式。(a)物种丰富度,(b) Shannon多样性指数,(c)功能多样性。彩色区域表示植被垂直分区。

图为:碧罗雪山东、西坡溪流底栖动物群落结构的两步聚类分析。A区为低海拔稀有种,B区为中/高海拔稀有种,C区为低海拔优势种,D区为广泛分布的优势种。

图为:苍山和碧罗雪山植被类型海拔划分对应的底栖生物物种丰富度。A.针阔混交林,B.阔叶林与农耕地,C.次生林,D.农耕地,E.针叶林,F.阔叶林。虚线表示同一植被带内不同优势植物的转换,实线表示明显的植被带转换区。

在全球气候变化背景下,原生低海拔物种不断向高海拔迁移,而原生高海拔物种则退无可退,造成了高海拔分布的物种面临着更加严峻的生存压力。加之气候变化可能导致高山溪流水源供应从冰川和融雪直接转变为降雨和融雪,使生境和水文条件更加均质,导致一些对生境敏感的物种由于生态位的消失而随之消亡。为了实施最有效的保护措施,确保高山淡水生态系统的生态弹性及生态系统服务功能,需要运用多尺度、跨学科综合的研究方法。在这一观点的推动下,本研究有助于理解更广阔的陆地环境作为流域生态系统生物多样性形成、维持和动态的决定性作用。

本研究在国家自然科学基金(31760126、U1602262、31960255、31472021)及澳门十大电子游戏官网东喜玛拉雅研究院牵头的云南省“中国三江并流区域生物多样性协同创新中心”构建的各类科研平台资助下完成。研究过程中获得了高黎贡山国家级自然保护区福贡管理分局及中国科学院水生生物研究所系统与流域生态学研究团队的大力支持。

论文作者:

刘硕然(澳门十大电子游戏官网东喜玛拉雅研究院副教授)、肖文(通讯作者,澳门十大电子游戏官网东喜玛拉雅研究院研究员)、蔡庆华(通讯作者,中国科学院水生生物研究所研究员)等

原文于2021年8月发表在中科院SCI期刊分区最新升级版一区期刊 Science of the Total Environment ,IF: 7.963。原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969721044776?via%3Dihub


责编/付智敏  审核/刘翃】