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研究人员分析了奥奈达湖(Oneida Lake)软体动物变化,发现多物种入侵和富营养化使本地软体动物群落受损。
在地球的生态版图中,淡水生态系统虽仅占据不到 1% 的地表面积,却宛如璀璨的明珠,不仅是人类活动的频繁区域,更是生物多样性的重要宝库。然而,如今这片宝库正面临着前所未有的危机。随着人类活动的加剧,栖息地破坏、污染、物种入侵以及气候变化等问题接踵而至,淡水生态系统已成为地球上最濒危的生态系统之一。其中,淡水软体动物更是深受其害,在北美洲,超过 75% 的蚌类(unionids)和 74% 的腹足类(gastropods)面临生存威胁甚至灭绝。
为了深入了解这些复杂的生态问题,来自美国纽约州立大学布法罗分校(SUNY Buffalo State University)大湖中心、瑞士联邦水生科学与技术研究所(Eawag)等多个机构的研究人员,以奥奈达湖为研究对象,开展了一项极具意义的研究。该研究成果发表在《Biological Invasions》上。
研究人员采用了多种技术方法来进行此项研究。首先是长期的野外采样,自 20 世纪初以来,奥奈达湖的软体动物群落就多次被研究,包括 1915 - 1917 年、1967 - 1968 年、1992 - 1995 年、2012 年以及 2022 - 2023 年的调查,还有 2009 - 2023 年的年度底栖生物调查。在采样过程中,针对不同区域和深度采用了不同的采样工具,如在岩石底物上用刮取法,在软质和沙质底物上用 Ekman 采泥器等。其次是数据分析,通过分析 k - 优势度曲线、进行 “相似性轮廓” 置换检验(SIMPROF routine)、非度量多维标度(NMDS)分析以及使用 R 软件中的二维样条函数等方法,研究人员对不同年份的软体动物群落数据进行处理和分析。
研究结果如下:
- 原始状态:1915 - 1917 年的首次软体动物调查显示,当时奥奈达湖的磷负荷较低,水质清澈,大型水生植物丰富。本地物种在腹足类密度中占主导地位,蚌类也非常丰富,软体动物群落多样性较高。
- 富营养化的影响:20 世纪中叶,奥奈达湖的富营养化加剧,这导致了本地腹足类的多样性和密度大幅下降,一些本地物种消失,而外来物种 Bithynia tentaculata 成为优势种。同时,部分蚌类物种也消失了,虽然蚌类的总物种数未变,但本地物种多样性有所下降。富营养化还使得软体动物群落结构发生了显著变化。
- 贻贝入侵的影响:1991 年斑马贻贝(Dreissena polymorpha)入侵奥奈达湖,对整个生态系统产生了强烈影响。它导致蚌类灭绝,却使腹足类的多样性和密度增加。到 2012 年,腹足类的多样性恢复到接近 1915 - 1917 年的水平,群落结构也发生了改变。这主要是因为斑马贻贝的摄食和过滤活动提高了湖水透明度,增加了底栖藻类和水生植物的生长,为腹足类提供了更多食物资源,同时贻贝的聚集也为其他底栖无脊椎动物提供了庇护和食物。
- 圆鳍雅罗鱼入侵的影响:2013 年圆鳍雅罗鱼(Neogobius melanostomus)入侵奥奈达湖,对软体动物群落产生了重大影响。15 年的年度监测数据显示,所有腹足类家族的密度都显著下降,但在入侵后的 3 - 7 年,部分腹足类出现了部分恢复,且这种恢复与深度有关,主要发生在较深水域。2012 年与 2022 - 2023 年的对比研究发现,圆鳍雅罗鱼的入侵导致湖内腹足类多样性下降,不同种类和大小的腹足类受到的影响不同,软壳种类和中等大小的腹足类受到的影响更大。此外,圆鳍雅罗鱼对斑马贻贝和斑驴贻贝(Dreissena rostriformis bugensis)的影响也不同,使斑马贻贝的相对丰度增加。
研究结论和讨论部分指出,在过去的一百年里,奥奈达湖的软体动物群落受到了富营养化和多种外来物种入侵的综合影响。虽然个别因素对某些物种可能有积极影响,但总体而言,这些因素导致了本地软体动物群落的严重受损,物种多样性和密度下降,部分物种灭绝。这一研究结果对于理解淡水生态系统的变化、保护淡水生物多样性具有重要意义。它提醒人们,在保护淡水生态系统时,需要综合考虑多种因素的相互作用,采取有效的措施来减少富营养化和物种入侵的影响,以保护这些脆弱而珍贵的生态系统。