气候变化下河口大型底栖动物功能冗余与恢复力的驱动机制研究

《Climate Change Ecology》：Climate-related drivers of estuarine macrobenthic functional redundancy and resilience

本研究针对气候变化如何影响河口生态系统功能冗余与恢复力的关键问题，通过22年长期监测数据，分析了新西兰Mahurangi港湾大型底栖动物群落对多重环境压力的响应。研究发现海表温度（SST）、沉积物有机质（OM）和淤泥含量显著上升，功能丰富度（FRic）和功能冗余（FR）的净增长趋势表明群落恢复力增强，为预测气候变化下河口生态系统演变提供了重要科学依据。

　　

随着全球气候变化的加剧，河口生态系统正面临着前所未有的挑战。作为陆海交汇的敏感地带，河口不仅承受着来自海洋的温度上升、酸化等压力，还要应对陆地输入的沉积物增加、营养盐负荷变化等多重胁迫。这些变化如何影响河口生态系统的结构和功能，特别是维持生态系统稳定性的关键指标——功能冗余和恢复力，成为当前生态学研究的重要课题。

传统上，对河口生态健康状况的评估多基于物种多样性等传统指标，但越来越多的研究表明，功能多样性（Functional Diversity）能更直接地反映生态系统的运作机制和稳定性。功能冗余（Functional Redundancy, FR）作为功能多样性的重要组成部分，指的是多个物种执行相似生态功能的现象，这种"功能备份"机制对维持生态系统抵抗干扰和恢复能力至关重要。

然而，由于长期观测数据的缺乏，我们对河口大型底栖动物功能多样性如何响应多重气候驱动因子的认识仍然有限。为此，新西兰水与大气研究所的Orlando Lam-Gordillo和Andrew M. Lohrer研究员在《Climate Change Ecology》上发表了他们的最新研究成果，通过分析22年的季度监测数据，揭示了气候变化背景下河口大型底栖动物功能冗余与恢复力的演变规律。

研究人员主要采用了长期生态监测、功能性状分析和广义加性模型（GAMs）等关键技术方法。研究基于新西兰Mahurangi港湾六个站点2000-2022年共22年的季度监测数据，包括大型底栖动物群落样本和沉积物环境参数。功能多样性计算使用了新西兰浅海底栖无脊椎动物性状数据库（NZTD），通过FD包计算了五个功能指标：功能丰富度（FRic）、功能均匀度（FEve）、功能发散度（FDiv）、功能离散度（FDis）和功能冗余（FR）。

3.1 环境驱动因子的变化模式

研究发现所有站点的海表温度（SST）、沉积物有机质含量（OM）和淤泥含量均显著增加。叶绿素a（Chl a）在三个站点呈现显著上升趋势，其中港湾内部的HL和CB站点值最高。有机质含量以HL站点最高，除CB站点外均显著增加。沉积物淤泥含量从港湾内部向口门方向递减，三个站点呈现显著增加趋势。海表温度显示约1°C的升温趋势，南方涛动指数（SOI）分析表明研究期间厄尔尼诺条件相对增多。

3.2 河口大型底栖动物功能指标的驱动因素

通过30个GAM模型分析发现，时间变量（Year）和海表温度（SST）是最显著的影响因子。功能丰富度（FRic）在五个站点呈现增加趋势，但在淤泥含量超过20%时显著下降。功能均匀度（FEve）整体呈下降趋势，表明功能性状表达的时间变异性增加。功能发散度（FDiv）和功能离散度（FDis）呈现增加趋势，反映功能性状表达的均质化。功能冗余（FR）在五个站点显示增加趋势，表明生态系统的恢复力增强。

研究结果表明，尽管海表温度上升和沉积物淤泥化对大型底栖动物功能多样性产生了一定的负面影响，但食物供应增加（叶绿素a和有机质）的正效应可能超过了这些负面影响，导致了功能丰富度和功能冗余的净增长趋势。这种"功能补偿"机制使得河口软沉积物大型底栖动物群落表现出增强的适应性和恢复力，而非先前预期的功能退化。

这项研究的重要意义在于首次通过长期观测数据证实了河口生态系统在气候变化背景下可能具备的内在恢复机制。功能冗余的增加表明，即使某些物种因环境压力而消失，生态系统的关键功能仍可能通过其他具有相似功能性状的物种得以维持。这一发现为预测未来气候变化下河口生态系统的演变趋势提供了新的视角，也为河口生态系统的保护和管理策略制定提供了科学依据。

然而，研究者也指出本研究尚未涵盖所有气候驱动因子，如气温、pH值、海平面上升和降水量等。未来的研究需要整合更多环境变量，并结合高分辨率的个体功能性状监测，以更全面地理解大型底栖动物功能多样性对气候变化的响应机制。