自下而上和自上而下的因素对海草Zostera noltei H.附生硅藻群落的影响

《Journal of Experimental Marine Biology and Ecology》：Bottom-up and top-down effects on the epiphytic diatom communities of the seagrass Zostera noltei H.

该研究通过3周的水箱实验，探讨营养富集与食草性腹足类对海草Zostera noltei附生硅藻群落的影响。结果表明营养富集单独增加硅藻生物量并改变群落结构，而腹足类单独降低生物量、物种丰富度和多样性，两者无交互作用。硅藻群落对环境变化更敏感，可作为早期预警指标。

　　本研究聚焦于海草床中附生硅藻群落的动态变化，探讨了自上而下（如草食性生物的取食行为）和自下而上（如营养物质的富集）因素对附生硅藻的结构、组成和多样性的影响。研究中使用了人工生态舱（mesocosm）实验方法，通过控制营养物质和草食性生物的添加，观察其对硅藻群落和海草形态特征的综合影响。实验结果表明，营养物质的富集主要影响硅藻群落的组成和结构，而草食性生物则对硅藻的生物量、物种丰富度和多样性产生显著影响。然而，两者之间并未表现出显著的交互作用，这一发现为理解海草床生态系统的稳定性与恢复力提供了新的视角。

在实验中，研究人员选择了一种常见的草食性生物——螺旋海螺（*Steromphala umbilicalis*），它被发现专门取食附生硅藻而不食用海草组织。这种选择性取食行为可能是导致草食性生物与营养物质之间缺乏显著交互作用的原因之一。同时，实验中所使用的海草种类——*Zostera noltei*，其叶片较短且生长速度快，可能减少了附生生物的积累，从而限制了交互效应的发生。此外，实验持续时间为三周，可能不足以捕捉到长期营养富集和草食性生物作用下可能发生的协同效应。

研究发现，营养物质的富集导致了附生硅藻生物量的显著增加，同时改变了硅藻群落的结构和组成。具体而言，某些硅藻种类在富营养条件下更加丰富，如*Grammatophora marina*和*Achnanthes*属的某些物种。然而，草食性生物的取食显著降低了这些物种的生物量和多样性，其中*Grammatophora marina*在草食性生物存在的情况下完全消失，而*Nitzschia reversa*则仅在草食性生物存在的条件下出现。这表明草食性生物对某些物种具有选择性取食行为，这种行为可能影响硅藻群落的组成和多样性。相比之下，*Licmophora communis*和*flabellata*等物种在富营养和非富营养条件下表现出显著差异，暗示它们对营养变化具有不同的适应能力。

值得注意的是，尽管草食性生物对硅藻的生物量和多样性产生了显著影响，但它们对硅藻群落的均衡性和优势度（dominance）没有明显作用。这可能与草食性生物的选择性取食行为有关，例如它们更倾向于取食某些特定的物种，从而不会显著改变整个群落的均衡性。同时，草食性生物并未阻止*Cocconeis scutellum*等优势物种的生长，这表明草食性生物对某些物种的取食行为并不足以影响它们的主导地位。

研究还发现，营养物质的富集对海草的形态特征影响有限，只有在缺乏草食性生物的情况下，海草的地下生物量（如根和匍匐茎）才有所减少。这一结果表明，海草的形态特征对营养物质和草食性生物的响应较为迟缓，而附生硅藻则对环境变化更为敏感。这可能与硅藻的生长周期较短、代谢速率较快以及对物理化学变化的快速反应能力有关。因此，附生硅藻可以作为早期环境变化的预警指标，其变化可能早于海草形态特征的变化。

此外，实验还探讨了附生硅藻群落与海草形态特征之间的关系。尽管硅藻群落的组成和结构受到营养物质和草食性生物的影响，但海草的形态特征似乎并未对硅藻群落的变化产生显著影响。这一发现可能意味着硅藻群落的变化主要由外部环境因素驱动，而海草本身的形态特征在这些变化中扮演的角色较为有限。不过，这一结论也可能受到实验设计和时间尺度的限制，因为三周的实验时间可能不足以观察到更长期的相互作用。

研究还指出，草食性生物对附生硅藻的影响可能受到多种因素的制约，包括草食性生物的种类、营养物质的浓度以及实验环境的稳定性。在本研究中，草食性生物对某些硅藻物种的取食行为显著影响了它们的生物量和分布，但并未对整个群落的结构产生显著改变。这可能是因为草食性生物的选择性取食行为，使得某些物种的消失并未影响到整个群落的多样性。然而，这种选择性取食也可能导致某些物种的减少，从而影响整个群落的稳定性。

实验还强调了附生硅藻在海草生态系统中的重要性。它们不仅在初级生产力中扮演关键角色，还为无脊椎动物和小型鱼类提供食物来源。因此，附生硅藻的健康状况与海草床的整体生态功能密切相关。研究结果表明，附生硅藻的丰富度和多样性在草食性生物的影响下显著下降，这可能意味着草食性生物在控制附生生物的生长方面具有重要作用，尤其是在营养物质富集的背景下。

总的来说，本研究揭示了营养物质和草食性生物对附生硅藻群落的独立影响，并强调了附生硅藻作为环境变化指标的潜力。研究还指出，虽然草食性生物对硅藻的生物量和多样性有显著影响，但它们与营养物质之间的交互作用并未显现，这可能与实验条件和时间有关。未来的研究应考虑更长的实验周期和不同的草食性生物种类，以更全面地理解这些因素对附生硅藻群落的影响。此外，研究还建议在海草床的管理和保护中，应关注附生硅藻的动态变化，以更早地识别环境变化的迹象。