评估非本土物种的生态影响:单物种操纵无法揭示入侵虾类的影响 —— 多物种操纵研究揭示生态奥秘

《Biological Invasions》:Assessing the ecological impact of non-native species: single-species manipulation fails to reveal impact of invading shrimp

【字体: 时间:2025年04月04日 来源:Biological Invasions 2.8

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  为解决非本土物种生态影响评估问题,研究人员以波罗的海入侵虾(Palaemon elegans)为对象,开展多物种操纵实验研究。结果表明单物种操纵无法全面评估其影响,多物种操纵实验揭示其影响取决于本土物种的存在及竞争能力,这对生态研究意义重大。

  在广袤的生态世界里,人类活动如同一只无形却有力的大手,肆意改变着生态系统的面貌。物种之间的互动原本维持着微妙的平衡,如今却被人类搅得混乱不堪。其中,非本土物种入侵更是成为生态领域的一大难题。这些外来 “不速之客” 究竟会给当地生态系统带来怎样的冲击?目前,我们对这一过程背后的机制知之甚少,这使得我们在预防和减轻其负面影响时常常感到力不从心。
以往研究在探讨人类活动对生态的影响时,经常忽略物种间相互作用产生的间接影响,可实际上,这种间接影响对生态系统的作用可能比直接影响更为深远。在非本土物种入侵问题上,它们能否成功入侵以及对生态系统造成何种影响,很大程度上取决于与本土物种的相互作用。但目前,我们对这些相互作用如何发挥作用还了解不足,这也阻碍了我们预测未来趋势、预防和减少入侵的能力。

在波罗的海,非本土虾类 Palaemon elegans 正悄然改变着当地的生态格局。它从波罗的海南部扩散到北部,与本土的中捕食者,如虾类 P. adspersus 和三刺鱼(Gasterosteus aculeatus),展开了激烈的资源争夺战。虽然已经知道它会影响本土物种的行为,但这种影响对生态系统更广泛的后果却依旧扑朔迷离。为了揭开这些谜团,来自芬兰赫尔辛基大学(University of Helsinki)和立陶宛自然研究中心(Nature Research Centre)的研究人员展开了深入研究。他们想弄清楚,P. elegans 对较低营养级的影响是否依赖于本土中捕食者的存在,以及评估其生态影响是否需要进行多物种操纵实验。这项研究成果发表在《Biological Invasions》杂志上。

研究人员采用了中宇宙实验(mesocosm experiment)和统计分析两种主要技术方法。在中宇宙实验中,他们从芬兰南部的岩石海岸采集了 P. elegans、P. adspersus 和三刺鱼,在自然光照和温度条件下,在室外设施的中宇宙中对这三种物种的存在情况进行了全面操纵。实验设置了多种处理组,包括单物种处理、两物种处理、三物种处理和无中捕食者的对照组,每个处理组都有 10 个重复。实验持续 30 天,期间密切监测各种指标。在统计分析方面,研究人员运用软件 R v. 4.3.2 和 lme4 软件包,根据数据结构选择合适的模型和误差分布,对实验数据进行深入分析。

下面来看具体的研究结果:

  • 食草动物的数量:在单物种处理中,所有中捕食者都使食草动物(端足类动物)的数量和生物量相较于对照组减少;在多物种处理中,食草动物的数量和生物量同样下降,但七个有中捕食者的处理组之间,食草动物的数量和生物量没有显著差异。这表明,无论哪种中捕食者单独存在,还是多种中捕食者共同存在,都能有效降低食草动物的数量和生物量。
  • 丝状藻类的生物量:单物种处理时,三种中捕食者都增加了藻类生物量,且三刺鱼的影响比两种虾类更强,两种虾类之间的影响没有差异,说明它们都以食草动物为食,从而导致藻类增多。在仅含两种虾类的两物种处理中,藻类生物量与单物种处理相似;但当虾类与三刺鱼组合时,丝状藻类生物量下降,且非本土虾类导致的藻类生物量减少幅度小于本土虾类,这意味着非本土虾类在与三刺鱼竞争动物猎物时,较少转向以藻类为食。在三物种处理中,藻类生物量下降程度与虾类和三刺鱼的两物种处理相同。
  • 水体浊度:单物种处理时,三种中捕食者对水体浊度没有影响;而在多物种处理中,只要有虾类与三刺鱼组合,就会增加水体浊度,仅存在虾类时则无此现象。这表明虾类和三刺鱼在竞争猎物时,可能增加了对浮游动物的捕食,进而导致水体浊度上升。

综合研究结果和讨论部分来看,这项研究意义非凡。研究表明,仅操纵非本土虾 P. elegans 的存在,无法揭示其对生态系统的影响及潜在机制,必须同时操纵本土竞争物种,才能深入了解入侵物种的生态影响。在多物种处理中,非本土虾的生态影响明显依赖于本土物种的存在及其竞争能力。与本土虾相比,非本土虾在与三刺鱼竞争动物猎物时,转向藻类的程度更低,这可能得益于其更强的竞争能力和更高的侵略性。但本土虾较低的侵略性也可能有其自身优势,比如节省能量和降低受伤风险。从生态系统的未来发展来看,如果非本土虾取代本土虾,对藻类生物量的控制作用可能减弱;若两者能够共存,则可能共同抑制丝状藻类的生长。而三刺鱼种群的持续增长,可能会通过竞争限制虾类种群,进而促进藻类生长。因此,该研究强调了在研究非本土物种的生态影响时,进行多物种操纵实验、考虑物种间相互作用的重要性,为后续生态研究和生态保护工作提供了关键的理论依据和研究思路,有助于我们更好地理解和应对复杂的生态变化。

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