隨著全球氣候變化和人類干擾的不斷加劇，了解生物多樣性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用機(jī)制對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)的維持具有重要意義。群落生態(tài)學(xué)中的穩(wěn)定性最常采用變異系數(shù)（即標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值）來衡量，它描繪了群落豐度隨時(shí)間變化的特征。相關(guān)理論研究表明，群落穩(wěn)定性可分解為種群異步波動(dòng)（即種間異步性）與加權(quán)平均的物種穩(wěn)定性（即種群穩(wěn)定性）。最近的實(shí)證研究和薈萃分析結(jié)果均表明，物種多樣性與群落穩(wěn)定性之間主要呈現(xiàn)正相關(guān)，這主要?dú)w因于物種多樣性對(duì)種間異步性（Population asynchrony）的積極影響。先前有關(guān)“多樣性-異步性-穩(wěn)定性”的關(guān)系研究多關(guān)注單一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，而對(duì)其在多個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的作用機(jī)制在很大程度上尚不明確。

近日，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所謝平研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)表的研究成果揭示了湖泊生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)級(jí)內(nèi)和營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的種群異步性對(duì)消費(fèi)者群落穩(wěn)定性具有相反的效應(yīng)。

武漢東湖（無人機(jī)航拍：王藍(lán)天）

該研究以2003-2020年間中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）中國(guó)科學(xué)院東湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站月度浮游動(dòng)物（消費(fèi)者）和浮游植物（資源）的長(zhǎng)期觀測(cè)研究數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)級(jí)間群落異步性（Trophic community asynchrony）進(jìn)行了量化，同時(shí)在氣候變暖、魚類（鰱鳙）攝食和營(yíng)養(yǎng)鹽（氮磷）富集等多重壓力下，對(duì)浮游動(dòng)物和浮游植物營(yíng)養(yǎng)級(jí)內(nèi)和營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的種間異步性（圖1）影響季節(jié)性生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的機(jī)制進(jìn)行了研究（圖2）。

圖 1 營(yíng)養(yǎng)級(jí)內(nèi)和營(yíng)養(yǎng)級(jí)間種間異步性的增加（即種間異步性和營(yíng)養(yǎng)級(jí)間群落異步性）對(duì)群落穩(wěn)定性的可能影響。（a）種間異步性量化了物種應(yīng)對(duì)環(huán)境波動(dòng)時(shí)隨時(shí)間變化所產(chǎn)生的不同反應(yīng)（即時(shí)間尺度上的保險(xiǎn)效應(yīng)）（Yachi & Loreau,1999），其通常會(huì)減少群落總體屬性的波動(dòng)，促進(jìn)群落穩(wěn)定（Loreau et al.,2021）。（b）營(yíng)養(yǎng)級(jí)間群落異步性可能會(huì)使消費(fèi)者和資源之間的關(guān)系脫鉤（Visser & Gienapp,2019），從而導(dǎo)致消費(fèi)者與最優(yōu)的食物資源不匹配，最終降低消費(fèi)者的群落穩(wěn)定性（Thackeray et al.,2010;Kharouba et al.,2018）。實(shí)線旁邊的垂直虛線段描述了相關(guān)群落隨時(shí)間的波動(dòng)幅度。虛線段越長(zhǎng)，穩(wěn)定性越低。

圖2? 水溫、魚類產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)鹽（總氮和總磷）對(duì)浮游植物（Phytoplankton）和浮游動(dòng)物（Zooplankton）群落穩(wěn)定性影響的結(jié)構(gòu)方程模型。圖左邊為使用Simpson多樣性指數(shù)評(píng)估的與浮游植物群落穩(wěn)定性有關(guān)的結(jié)構(gòu)方程模型，圖右邊為使用Simpson多樣性指數(shù)評(píng)估的與浮游動(dòng)物群落穩(wěn)定性有關(guān)的結(jié)構(gòu)方程模型。紅色和黑色實(shí)線箭頭分別代表顯著的正面和負(fù)面途徑，虛線箭頭則代表不顯著的途徑，箭頭寬度與關(guān)系強(qiáng)度成正比。粗體數(shù)字表示標(biāo)準(zhǔn)路徑系數(shù)（*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001）。R²_m代表了對(duì)響應(yīng)變量的“固定效應(yīng)”解釋（Phytoplankton: Fisher's C = 25.591,P-value = 0.596,DF = 28;Zooplankton: Fisher's C = 35.824,P-value = 0.570,DF = 38）

研究結(jié)果表明在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)級(jí)內(nèi)，物種多樣性主要通過增加種間異步性來促進(jìn)群落穩(wěn)定性，并且物種多樣性還可以通過增加種群穩(wěn)定性來促進(jìn)群落穩(wěn)定性，后者與之前在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的發(fā)現(xiàn)（即物種多樣性與種群穩(wěn)定性主要表現(xiàn)負(fù)相關(guān)）并不一致；在營(yíng)養(yǎng)級(jí)間，研究發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)級(jí)間群落異步性會(huì)破壞消費(fèi)者群落的穩(wěn)定，這表明營(yíng)養(yǎng)級(jí)內(nèi)部和營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的種群不同步對(duì)消費(fèi)者群落的穩(wěn)定性具有相反的效應(yīng)。此外，結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果還表明，水溫升高和氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽富集會(huì)顯著削弱浮游植物和浮游動(dòng)物的群落穩(wěn)定性。而魚類（鰱鳙）產(chǎn)量主要對(duì)浮游動(dòng)物群落穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響，對(duì)浮游植物群落穩(wěn)定性的影響微弱且并不顯著。

該研究以“Population asynchrony within and between trophic levels have contrasting effects on consumer community stability in a subtropical lake”為題，近日發(fā)表于國(guó)際動(dòng)物生態(tài)學(xué)經(jīng)典期刊《Journal of Animal Ecology》上(https://doi.org/10.1111/1365-2656.14176)。水生所博士生饒驍為第一作者，水生所謝平研究員和云南大學(xué)蘇豪杰副研究員為共同通訊作者，北京大學(xué)王少鵬研究員等參與了相關(guān)研究。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃集成項(xiàng)目（92251304）和青年基金（32101308）的資助。