食物网的变化改变了浮游动物的功能结构

《Limnology and Oceanography》：Food web modifications shifted the functional structure of zooplankton

北海南海赫尔戈兰道路43年浮游动物群落功能多样性分析显示，2000年代初环境过滤和限制相似性共同驱动群落重构，食物网结构变化显著影响功能多样性，强调特征方法在生态系统响应预测中的重要性。

　　北海水域的长期变化一直是科学研究的重点，其生态系统在人类活动和气候变化的双重作用下经历了显著的重塑。这种变化不仅影响了生物多样性的组成，也对生态系统的功能和所提供的服务产生了深远的影响。尽管已有大量研究探讨了北海水域浮游动物群落的分类变化，但关于这些变化背后的功能机制及其生态后果的理解仍显不足。因此，本研究通过分析一个长达43年的大型浮游动物（>500微米）时间序列数据，旨在揭示北海水域浮游动物群落功能多样性的长期变化，并探讨其背后驱动因素及生态意义。

浮游动物作为海洋食物网中的关键中间环节，连接了初级生产者与更高营养级的生物。然而，以往的研究大多关注于小型浮游动物，而大型浮游动物的生态角色和变化趋势往往被忽视。随着研究的深入，越来越多的学者开始关注大型浮游动物在生态系统中的作用。本研究中，我们选取了13个关键性状，包括捕食策略、体型、身体结构等，构建了一个全面的性状数据库，用于分析这些浮游动物群落的功能变化。通过这些性状，我们试图揭示环境变化如何影响浮游动物的生存策略，以及这些策略如何进一步影响整个食物网的结构和功能。

在研究过程中，我们使用了多种分析方法，包括功能性状多样性指数和基于性状的单变量及多变量分析。这些方法有助于识别功能性状的时空变化，以及这些变化与环境驱动因素之间的关系。我们发现，功能性状的多样性在不同时期表现出异步变化的趋势，尤其是在2000年代初期，功能性状的结构发生了显著的转变。这些变化与食物网的调整密切相关，尤其是捕食性状和捕食风险性状的变化，受到了硅藻和鱼类生物量的影响。此外，我们还发现，环境过滤过程可能是驱动群落重组的主要机制之一，这导致了2005年之后功能性状结构的显著改变，对食物网动态和能量传递至更高营养级的潜在影响值得关注。

研究结果表明，功能性状多样性指数的变化并非单一趋势，而是呈现出不同的模式。例如，功能性状丰富度（Fric）在1980年代初期有所上升，这可能与新物种的引入有关，如某些甲壳类动物和水母类群。而在1996年至1997年间，功能性状丰富度出现了显著下降，这与极端冬季天气对底栖生物的影响以及某些功能性状极端的物种（如某些水母和甲壳类幼体）的减少有关。进入2000年代后，功能性状的分布变得更加均匀，这表明群落中普遍物种的增加可能促进了功能性状的多样性。这种功能性状的变化模式与北海水域已知的三个主要生态转型期相吻合，显示出生态系统的动态变化过程。

通过冗余分析（RDA），我们进一步探讨了环境变量如何影响功能性状的结构。结果表明，硅藻生物量和鱼类生物量是影响功能性状变化的两个主要环境因素。硅藻的增加可能促进了以硅藻为食的浮游动物的生存和繁衍，而鱼类生物量的增加则可能通过捕食压力影响浮游动物的分布和丰度。此外，我们还发现，某些功能性状（如捕食策略和身体结构）对群落结构的改变具有显著影响，这可能反映了生态系统的适应性变化。

在群落组装机制的分析中，我们发现环境过滤和限制相似性两种机制在不同时期可能发挥了不同的作用。在2005年之前，限制相似性可能主导了群落的形成，这与高生产力和不同功能性状物种的共存有关。而在2005年之后，环境过滤的影响更加明显，表现为功能性状的趋同和某些功能性状极端物种的减少。这种机制的转变可能反映了北海水域生态系统在面对长期环境变化时的适应策略。

研究还指出，温度变化虽然被广泛认为是影响浮游动物群落的重要因素，但在功能性状变化的分析中其作用相对有限。这可能是因为温度的影响更多是间接的，通过改变食物网的动态来间接影响浮游动物的功能性状组成。然而，这一发现并不排除温度变化对生态系统整体的潜在影响，特别是在某些特定条件下，如物种分布的变化和繁殖率的调整。

本研究也指出了一些局限性。首先，性状的选择受到数据可获得性的限制，某些关键性状（如繁殖率、游泳速度等）未能被纳入分析。其次，研究仅基于北海水域南部的一个长期监测站，因此其结论在更大空间尺度上的适用性可能受到限制。此外，某些功能性状之间的权衡关系未被充分考虑，这可能导致对生态响应机制的简化理解。

综上所述，本研究揭示了北海水域浮游动物群落功能多样性的长期变化及其背后的驱动因素。通过整合性状分析与环境变量的相互作用，我们不仅加深了对生态系统响应机制的理解，还为未来生态模型的构建提供了新的视角。这些模型需要更加关注功能性状的动态变化，以及它们如何影响生态系统服务和生物多样性维持。未来的研究应进一步探索功能性状与环境变化之间的复杂关系，以及这些关系如何影响整个海洋生态系统的稳定性和功能。