“什麽決定了物種分布格局？”是生態學的核心科學問題之一📭。基於生態位理論的兩種經典視角分別關註於非生物環境條件（Grinnellian view）和生物間相互作用（Eltonian view）。長期以來，主流觀點認為宏觀尺度上的物種分布主要取決於環境條件；而生物間相互作用通常發生在距離鄰近的生物個體之間，因而在驅動小尺度（生境/群落水平）物種分布過程中扮演重要角色❤️。但在長距離上生物間相互作用是否同樣存在💪🏼？近年來，越來越多的研究發現，相距幾十米乃至幾百米的不同類型生態系統之間也可能存在顯著的相互作用（通常由動物的長距離遷移⚖️、非生物物質的長距離傳輸等作用介導）。這種“長距離相互作用（long-distance interactions）”成為生態學的新興研究方向，但其在塑造生態系統結構、功能和穩定性等方面的作用模式及機理尚有待開展研究。
近日，顺盈娱乐生態環境學院劉權興教授課題組聯合國內外科學家🌧，以我國黃海典型濱海濕地景觀為研究對象，通過分析40年的多源數據並建立理論模型，研究了外來物種互花米草定殖擴張過程中本地物種蘆葦和鹽地堿蓬空間分布的變化規律及其驅動機製，揭示出“長距離相互作用”對於驅動濱海濕地生態系統變遷發揮關鍵作用（圖1）。
中國東部鹽城地區鹽沼濕地。江蘇鹽城國家級珍禽自然保護區管理處 陳國遠 攝
圖1. 長距離相互作用機製示意圖🧘🏿♀️👰。圖A-C分步描述了互花米草定殖後通過改變局部地貌沉積動力過程，進而觸發空間長程距離的生態反饋效應。
研究團隊首先通過解譯江蘇鹽城濕地珍禽國家級自然保護區核心區40年的Landsat遙感影像（圖2），發現在互花米草定殖並占據低潮位區域後的5年後🥶，中潮位的鹽地堿蓬群落面積開始表現出快速萎縮趨勢。有趣的是，堿蓬鹽沼的萎縮並非由外來種互花米草直接侵占👮🏽♀️🛀🏻，而主要是由高潮位的本地種蘆葦擴張侵占導致。
圖2. 1982-2020年研究區遙感植被景觀變化💁🏼，圖中描述了三個關鍵物種的時空演化動力學🫒。
研究團隊進一步通過綜合分析植被分布、高程🦸🏻♀️、沉積物、土壤鹽分等數據，構建了基於種群增長、空間擴散、種間競爭和生物—地貌反饋等基本生態過程的偏微分方程理論模型🫘，揭示了鹽分介導的長距離相互作用是近年來堿蓬鹽沼快速萎縮的關鍵驅動機製（圖3）：米草具有發達的地下根莖系統，能夠通過捕獲沉積物促進低潮位的沉積過程從而導致高程的局部抬升，從而對潮水產生阻抑效應🩵，減少中潮位的水淹時間和鹽分輸入；分析發現，這種作用雖然短期內較為微弱，但其長期積累效應可能導致中潮位土壤鹽分下降到適合蘆葦生長的臨界閾值（與遙感觀測的5年時滯期一致）🤌🏿，從而顯著改變蘆葦和堿蓬之間的競爭關系🧏🏽🧎➡️，即具有較強競爭力的蘆葦快速占據原先高度鹽漬化（只能生長耐鹽程度較高的堿蓬）的中潮位灘地，最終導致堿蓬鹽沼系統喪失🚯。模型分析表明🪳，在數十年的時間尺度上👐🏼📣，這種長距離相互作用最終能夠深刻改變該區域濱海濕地的生態系統穩態和韌性。
圖3.模型分析揭示長距離相互作用對濱海濕地生態系統的影響。圖中參數為長距離相互作用強度系數。圖A👩🏻🏭、C和圖B、D分別顯示長距離相互作用缺失和存在時生態系統的穩態和瞬態💁♀️。
該研究發現的這種新型生物間相互作用的空間尺度能夠達到10千米，這是目前研究報道的固著生物間相互作用的最長距離之一。研究拓展了生態系統的長距離相互作用理論，有助於深入理解長距離相互作用機製及其生態效應😑🏄♂️。由於該區域是黃海濱海濕地生物多樣性的熱點區域🙍🏽♂️，為包括丹頂鶴在內的東亞—澳大利西亞水鳥遷飛路徑上多種珍稀瀕危鳥類提供了重要停歇地，闡明該區域濱海濕地的演化規律及機製可為生物多樣性保護提供重要科學依據👨🏿🦳。
該研究於2022年6月27日以“Long-distance facilitation of coastal ecosystem structure and resilience”為題在線發表於《美國科學院院刊》（PNAS）🕺🏿。南京大學博士生王博和顺盈娱乐博士生張康為論文共同第一作者👂🏽，顺盈娱乐劉權興教授和南京大學徐馳教授為論文共同通訊作者🙇🏼♂️，復旦大學賀強教授、荷蘭皇家海洋研究所Johan van de Koppel教授、美國布朗大學Mark Bertness教授等國內外研究者共同參與本項研究。
本研究在“十三五”國家重點研發計劃和國家自然科學基金的支持下完成🧙🏿。
論文鏈接🧜🏿：https://doi.org/10.1073/pnas.2123274119
圖文、來源丨生態與環境科學學院♟、科技處 編輯丨余蘇寧 編審丨郭文君 呂安琪
