亚热带森林中夜间人造光提升植食率但对圆网蜘蛛生长无影响：生态光污染对营养级互作的新启示

《NATURWISSENSCHAFTEN》：Herbivory rate is elevated but orb-weaver spider growth unaffected by artificial light at night in subtropical forest

本研究针对夜间人造光（ALAN）对热带/亚热带生态系统物种互作及生态过程的影响这一前沿问题，通过在光污染原生森林中引入LED光源进行野外实验，发现ALAN在湿季早期显著提升了两种林下植物的植食率，但并未影响常见圆网蜘蛛Nephila pilipes的丰度、体型及生物量指数。该结果揭示了ALAN对植食作用这一关键生态过程的潜在扰动，凸显了在生物多样性热点区域深入探究ALAN多营养级效应的紧迫性。

　　

当夜幕降临，自然界的许多活动本应渐趋平静，但人类活动带来的夜间人造光（ALAN）正悄然改变着这一格局，成为一种日益严重的全球性环境压力源。已有研究表明，ALAN能影响物种的生理、行为，乃至改变群落结构和生态系统功能。然而，绝大多数研究集中在温带地区，对于生物多样性极为丰富、生态互作更为复杂的热带和亚热带生态系统，ALAN的影响却知之甚少。特别是ALAN如何影响物种之间的相互作用，例如植物与植食动物、捕食者与猎物之间的微妙平衡，仍然是一个亟待探索的黑箱。理解ALAN对这些关键生态过程的扰动，对于评估其全球生态风险至关重要。

为了填补这一知识空白，研究人员选择在香港的亚热带森林中开展了一项创新的野外实验。他们关注的核心问题是：ALAN是否会通过影响顶级捕食者（如常见的圆网蜘蛛Nephila pilipes）的捕食活动，进而产生级联效应，改变林下的植食率？这项研究发表在《NATURWISSENSCHAFTEN》上，为我们理解ALAN在复杂生态系统中的作用提供了新的视角。

研究人员为开展此项研究，主要应用了以下几项关键技术方法：首先，在香港四个近郊地点建立了14个配对样方（7个光照处理，7个对照），采用中心安装太阳能LED灯（冷白光，6500K）的方式在森林中引入ALAN，模拟真实的路灯照明环境。其次，在2024年湿季（4月至6月），每两周对样方内雌性Nephila pilipes蜘蛛的丰度、体型（头胸甲加腹部长度）进行监测，并计算生物量指数。同时，分三轮（每轮15天）采集样方内两种常见林下植物（Psychotria asiatica和Aporosa dioica）的叶片，利用LeafByte应用量化植食率（咀嚼造成的叶面积损失百分比）。最后，采用广义线性混合模型（GLMM）和线性混合模型（LMM）等统计方法，分析了ALAN处理和时间变量对蜘蛛参数和植食率的影响。

Effects of ALAN on spider abundance, size, and biomass index

统计分析结果显示，ALAN的引入对Nephila pilipes雌性个体的丰度、平均体型以及生物量指数均未产生显著影响。在整个实验期间，光照样方和对照样方中记录的蜘蛛总数（分别为201头和216头）以及它们的平均体型和生物量指数都非常接近。模型分析表明，唯一具有显著效应的因素是时间（即调查天数），反映了蜘蛛种群随季节的自然动态（例如，丰度下降而个体体型增长），但ALAN处理本身并非显著影响因素。

Effects of ALAN on herbivory

与蜘蛛的响应形成对比的是，ALAN对植食率产生了显著影响，但这种影响因植物物种和时间而异。对于Psychotria asiatica而言，ALAN处理、采样轮次以及二者的交互作用均对植食率有显著影响。具体表现为，在实验早期（湿季初期），光照样方的植食率高于对照样方，但随着实验的进行，光照样方的植食率逐渐下降，而对照样方的植食率则有所上升，导致在实验后期，对照样方的植食率略高于光照样方。对于另一种植物Aporosa dioica，虽然统计模型未检测到ALAN处理的显著主效应，但其植食率在光照样方中也表现出在实验初期较高随后下降的相似趋势。此外，研究未发现Nephila pilipes的生物量指数与两种植物的植食率之间存在显著相关性。

该研究的结论与最初的预测部分相符但也存在重要差异。研究发现，ALAN（本研究中为LED光源）并未改变圆网蜘蛛Nephila pilipes的生长或丰度，但却在湿季早期导致了植食率的升高。这一发现与研究人员最初的预测——即ALAN会降低蜘蛛的生长和丰度，进而通过级联效应影响植食率——并不完全一致。相反，植食率本身对ALAN表现出敏感性，且这种变化独立于研究中测量的蜘蛛捕食者参数。

植食率在ALAN影响下的升高，尤其是在湿季早期，可能源于ALAN直接或间接地增加了植食动物的丰度或延长了其取食时间。而植食率随时间推移在光照样方中下降的趋势，则可能与ALAN加速叶片发育、导致叶片提前成熟从而适口性下降有关，也可能与其他捕食者（如鸟类）在ALAN下延长活动时间、增加对植食动物的捕食压力等复杂因素有关。

关于蜘蛛未受显著影响的原因，研究人员提出了几种可能的解释：ALAN对蜘蛛捕食的正面效应（如利用趋光性聚集猎物）和负面效应（如降低捕食成功率）可能相互抵消；研究所用LED光源缺乏紫外线（UV）成分，可能削弱了蜘蛛利用UV反射图案诱捕猎物（如蛾类）的能力；或者ALAN的影响可能发生在比本研究样方更大的空间尺度上。

这项研究的重要意义在于，它强调了在物种丰富的亚热带森林中，ALAN对植食作用等关键生态过程具有潜在敏感性，而不同物种互作关系对ALAN的响应可能非常复杂且非直观。随着热带地区城市化进程加快和ALAN的迅速扩张，以及热带云层对光污染的放大效应和热带物种对光周期可能具有更高敏感性，深入探究ALAN对这些脆弱生态系统的多营养级、多机制影响，对于未来的生物多样性保护和环境管理决策显得尤为紧迫。本研究为此迈出了重要的一步，呼吁未来研究更深入地解析ALAN影响物种互作的内在机制。