功能多样性鱼类群落促进海草 Meadows 中多种生态功能的协同提升

《Ecology and Evolution》：Functionally Rich Fish Assemblages Support Greater Rates of Multiple Ecological Functions in Seagrass Meadows

本研究通过实证分析揭示了海草 Meadows 中鱼类功能多样性（Functional Diversity）与生态系统多功能性（如食肉性 Carnivory、食草性 Herbivory）的正相关关系，强调了海草覆盖度（Seagrass Cover）和空间连通性（如与开放海洋距离）对维持生态系统韧性的关键作用，为基于功能性状的海岸带管理提供了新视角。

　　

摘要

动物在不同生态系统间的移动促进了重要的生态功能。生境的环境背景、连通性和复杂性改变了动物群落及其相关的生态功能，进而调控生态系统的结构、功能和韧性。海草 Meadows 中的鱼类群落具有功能多样性，贡献了能量在食物网中转移所必需的基本生态功能，如食肉性和食草性。然而，并非所有物种都同等支持这些功能，物种的功能性状决定了其提供生态功能的方式。本研究旨在探讨澳大利亚昆士兰莫顿湾（Moreton Bay）海草 Meadows 中鱼类的功能多样性与多种生态功能之间的关系。

1 引言

动物群落及其栖息的生态系统支持着人类直接或间接从生态系统中获得的一系列广泛生态服务。海草作为生境形成物种，阐释了物种、生态功能和人为干扰之间的关系。尽管海草 Meadows 具有重要性，但全球范围内的海草正面临威胁并呈衰退趋势。鱼类通常是检测生态功能变化的关键类群，因为它们具有一系列生态、形态和行为性状，驱动着生态功能的变化。功能多样性指标通过包含生态系统中不同物种的功能性状信息，超越了传统的多样性指标（如丰度和物种丰富度）。了解海草 Meadows 中多种生态功能的提供如何随空间变化，以及这些功能如何随功能多样性的变化而变化，对于未来有效管理这些生态系统至关重要。

2 方法

2.1 研究区域

在澳大利亚昆士兰莫顿湾（27°18′S; 153°17′E）的10个海草 Meadows 位置设置了50个重复样点，调查了鱼类群落结构、食肉性和食草性的速率以及海草 Meadows 的组成。莫顿湾是一个浅水（<15 m深度）亚热带海湾，面积1523 km²。调查地点位于4个海洋国家公园区内和6个对休闲渔业开放的区域。

2.2 海草鱼类群落调查

使用诱饵和非诱饵远程水下视频系统（BRUVS和RUVS）调查海草鱼类群落。在每个调查的海草 Meadows（n=10），分别部署了5个重复的BRUVS（n=50）和5个重复的RUVS（n=50）。使用MaxN统计量量化每个视频部署中的物种丰度和多样性。

2.3 功能测定

使用功能测定法评估鱼类执行的两项生态功能速率：食肉性和食草性。通过测定部署前后沙丁鱼饵料的净重量变化来量化食肉性。通过测定部署48小时前后褐藻（Sargassum spp.）的净重量变化来量化食草性。

2.4 海景变量和生境组成分类

通过量化到附近生境（如珊瑚礁、红树林、河口、开放海洋）的距离、这些生境的面积以及海草 Meadows 的底栖组成（海草多样性和覆盖度）来研究海景空间背景的影响。

2.5 功能多样性计算

通过结合三个形态学性状（最大长度、头长、眼径）和两个生态学性状（功能群：碎屑食性、草食性、杂食性、鱼食性、底栖动物食性、浮游动物食性）来计算功能丰富度，以描述海草 Meadows 中性状空间的占据情况。

2.6 数据分析

使用广义线性混合模型（GLMMs）初步分析生态功能与多样性指标之间的关系。使用全子集广义可加混合模型（FSS GAMMs）确定功能丰富度、食肉性、食草性与全套海景和生境指标之间的关系。

3 结果

3.1 功能丰富度对海草 Meadows 生态功能的影响

食肉性速率（X²=2401.3, p<0.001）随着BRUVS功能丰富度的增加而增加。食草性速率（X²=559, p<0.001）与RUVS功能丰富度呈正相关。海草覆盖度（X²=11.42, p=0.009）随功能丰富度显著增加。海草多样性（X²=5.61, p=0.13）与功能丰富度无显著正相关。物种丰富度对食肉性和食草性速率有类似的积极影响，但与海草多样性和覆盖度的关系与功能丰富度呈现相反趋势。

3.2 海景背景对海草 Meadows 生态功能的影响

BRUVS识别的物种功能丰富度、食肉性和食草性受到海景空间变化的显著影响。BRUVS鱼类群落的功能丰富度最好由500米缓冲区内的红树林面积（F=7.226, p=0.01, R²=0.53）和到珊瑚礁的距离（F=6.472, p=0.018, R²=0.53）共同解释，功能丰富度在附近红树林范围较小且离珊瑚礁较远时最大。食肉性速率最好由500米缓冲区内的珊瑚面积（F=21.93, p<0.001, R²=0.76）解释，在靠近珊瑚礁时增加。食草性速率由500米缓冲区内的海草面积（F=5, p=0.03, R²=0.08）表征，在海草较稀疏的 Meadows 中最普遍。

3.3 海景背景对整体生态系统功能的影响

到开放海洋的距离（X²=5.5, p=0.019, R²=0.67）是整体生态系统功能的唯一预测因子。生态系统功能在靠近开放海洋时最大，并随着距离增加而持续下降。

4 讨论

功能多样性显著影响海草 Meadows 的多功能性（食肉性和食草性）。鱼类功能多样性和生态功能均受到海景空间背景（如与珊瑚礁的邻近度、附近红树林和海草的范围）的结构性影响。整体生态系统功能显著受到海草 Meadows 相对于开放海洋位置的影响，靠近海洋的地点功能水平更高。保护管理应优先保护具有较高功能多样性的群落，并重点关注靠近开放海洋、连通性良好的海草 Meadows，以有效保护生态系统的多功能性。同时，需要通过流域修复减少营养盐输入，以支持功能较弱的西部海草生境。将功能多样性指标与空间信息化的保护策略相结合，对于确保关键生态功能的保护和海草 Meadows 生态系统服务的维持至关重要。