《Oikos》：A amostragem estratificada aprimora a compreens?o das redes entre morcegos e frutos na Mata Atlantica meridional
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本研究首次系统比较了热带森林不同垂直层次（林下层、亚冠层、冠层）的食果蝙蝠-植物种子传播网络结构，发现单一层次取样会显著低估网络复杂性。冠层网络表现出更高的特化指数（H'）和模块度（Q），而林下层网络则呈现更高的连接度（C）和嵌套性（WNODF）。研究证实垂直分层取样对准确评估物种互作关系及生态网络功能至关重要，为热带森林生物多样性监测提供了新的方法论视角。
摘要
森林垂直结构是维持热带和亚热带生物多样性的关键因素，不同层次在光照、湿度、风速和温度等环境条件上存在显著差异，为物种共存提供了多样化的生态位。然而，既往关于蝙蝠-果实互作系统的研究多局限于林下层（understory），难以全面评估该系统在垂直梯度上的真实互作模式。本研究旨在通过比较巴西南部大西洋森林三个垂直层次（林下层、亚冠层、冠层）的食果蝙蝠群落、植物群落及其种子传播网络的差异，检验单一层次取样的代表性问题。
材料与方法
研究于2013年9月至2014年8月在巴西巴拉那州北部的Salto Morato自然保护区进行，共开展12次野外调查。研究者在每个层次设置6张雾网（mist nets），分别布设于林下层（3米以下）、亚冠层（4-8米）和冠层（8米以上）。取样总努力量为139,995 m·h，每个层次46,665 m·h。通过收集蝙蝠粪便样本并鉴定其中的植物种子，构建加权互作矩阵。研究计算了网络层面的7个指标：网络大小（network size）、互作事件数（interaction events）、不对称性（asymmetry）、连接度（connectance, C）、特化指数（specialization index, H'）、加权嵌套性（weighted nestedness, WNODF）和加权模块度（weighted modularity, Q）。同时分析了物种层面的归一化度（normalized degree）、特化指数（d'）和强度（strength），并计算了互作β多样性（beta diversity of interactions, β）及其组分（β为物种共有但互作重组，β为物种更替）。
网络层面指标
研究结果显示，随着取样层次升高，植物物种丰富度、互作事件数、成对互作数及取样完整性（sampling completeness）均呈下降趋势。林下层网络包含27种植物、154次互作事件和58对互作，取样完整性为73.42%；而冠层网络仅记录17种植物、61次互作事件和31对互作，取样完整性降至28.70%。所有网络均表现为植物丰富度高于蝙蝠的不对称结构。
冠层网络表现出显著更高的特化指数（H' = 0.41）和模块度（Q = 0.45），以及更低的连接度（C = 0.20）和嵌套性（WNODF = 16.25）。相比之下，林下层网络具有更高的不对称性（-0.54）、连接度（C = 0.26）和嵌套性（WNODF = 40.13），但特化指数（H' = 0.23）和模块度（Q = 0.30）较低。亚冠层网络各项指标介于两者之间。值得注意的是，当合并两个或三个层次的数据时，统一网络（unified networks）呈现出中等水平的特化、模块度和嵌套性，但具有最高的物种丰富度和互作多样性。
零模型分析表明，所有网络的特化指数（H'）和模块度（Q）均显著高于随机预期（p < 0.01），而嵌套性（WNODF）与随机预期无显著差异。这一结果表明蝙蝠-果实互作网络具有显著的生态学特化结构，而非随机组装的结果。
物种层面指标
在蝙蝠方面，三个层次间在归一化度（normalized degree）、特化指数（d'）和强度（strength）上均无显著差异（p > 0.05），表明尽管蝙蝠物种在垂直空间上的分布存在差异，但其与植物的互作模式在物种水平上保持相对稳定。这种可塑性可能反映了食果蝙蝠 opportunistic的觅食策略，使其能够根据果实资源的时空 availability 在不同层次间移动。
然而，植物方面表现出显著的层次间差异。冠层植物的归一化度显著低于林下层（Z = 2.87, p < 0.01），但特化指数（d'）和强度显著高于林下层（Z = -3.44, p < 0.001）。具体而言，林下层植物的特化指数（d'）显著低于亚冠层（Z = -2.90, p < 0.01）和冠层。在统一网络中，植物的特化指数和强度均低于单一冠层或亚冠层网络，但归一化度仍低于林下层网络。这一模式表明，单一层次取样会扭曲对植物特化程度的认知：林下层取样可能高估植物的泛化（generalization）程度，而冠层取样则可能高估其对蝙蝠的依赖性。
层次间互作β多样性
层次间互作β多样性（β）分析揭示了高度的互作差异性。林下层与冠层之间的互作差异性最高（β = 0.78），林下层与亚冠层次之（β = 0.72），冠层与亚冠层之间相对较低（β = 0.67）。这种差异性由两个组分共同驱动：物种更替（β）和互作重组（β）。在林下层与亚冠层的比较中，互作重组的贡献（β = 0.47）约为物种更替（β = 0.24）的两倍，表明相同物种在不同层次间改变了互作伙伴。
具体而言，37种植物中仅有10种（27.03%）在三个层次均有记录，89对互作中仅有11对（12.36%）为三个层次共有。41.57%的互作对（n = 37）为亚冠层和冠层所特有。蝙蝠种类在垂直梯度上相对稳定，仅Vampyressa pusilla一种蝙蝠仅在亚冠层和冠层有粪便记录。这种植物物种的高度层次特异性与蝙蝠物种的垂直移动性形成对比，凸显了植物分布对互作网络结构的决定性影响。
讨论
本研究首次系统证实了大西洋森林中食果蝙蝠-植物互作网络存在显著的垂直结构异质性。冠层网络的高特化和高模块度可能反映了该层次果实资源的时空异质性较高，导致蝙蝠需要更特化的觅食策略。相反，林下层网络的高连接度和高嵌套性可能源于该层次资源相对稳定，且吸引了大量通常活动于上层但会下移至林下层觅食的蝙蝠物种（如Artibeus属）。
研究结果表明，局限于林下层的取样策略会严重低估网络的真实复杂性。虽然林下层取样能够记录大部分蝙蝠物种（本研究中8/9种），但会遗漏37%的植物物种和42%的互作对。更重要的是，单一层次取样会系统性偏差地估计网络的生态功能属性：林下层取样会低估系统的整体特化程度，而冠层取样则可能高估植物的脆弱性。
统一网络的中等指标值反映了垂直整合取样的优势，能够更准确地捕捉物种互作的真实模式。这对于理解生态系统功能（如种子传播服务）和制定保护策略具有重要意义。例如，在蝙蝠种群下降的情景下，统一网络揭示的较高植物依赖性意味着相关植物可能面临更大的种子传播限制风险。
取样完整性的层次差异（林下层73.42% vs 冠层28.70%）反映了冠层生态学研究的固有挑战。冠层果实产量的高时间变异性意味着需要更长期的取样才能充分捕捉其互作多样性。研究建议使用对取样努力较不敏感的指标（如d'和H'）并结合DNA宏条形码等新技术，以提高稀有互作的检测率。
结论
综上所述，虽然林下层取样足以代表食果蝙蝠物种组成，但远不足以全面反映蝙蝠-果实互作系统的结构和功能。垂直分层取样对于准确评估生态网络复杂性、物种特化程度及生态系统服务具有不可替代的价值。未来热带森林生态学研究应充分考虑森林的垂直结构，采用多层次整合的取样设计，以获得更具代表性的科学认知，并为生物多样性保护提供更可靠的依据。
