关键栖息地物种丧失加速区域食物网崩溃：基于瑞士多栖息地营养网络的模拟研究

本研究通过构建瑞士7808种动植物及281,023种相互作用的营养元网络（metaweb），模拟非随机物种灭绝情景，揭示湿地等关键栖息地物种的优先丧失会导致食物网更快崩溃，且常见物种的丧失比稀有物种对网络稳健性（robustness）影响更大。该研究为跨栖息地生物多样性保护提供了重要理论依据，发表于《Communications Biology》。

　　

在全球生物多样性持续丧失的背景下，理解生态系统如何应对物种灭绝已成为生态学研究的核心问题。传统观点认为，随机物种丧失对生态系统影响较小，但现实中物种灭绝往往具有明确的栖息地偏好性——湿地等脆弱生态系统正以惊人速度消失，而依赖这些栖息地的物种面临更高灭绝风险。更复杂的是，物种通过食物网形成错综复杂的能量流动网络，某个栖息地的物种丧失可能通过营养级联（trophic cascades）引发连锁反应。然而，现有研究多局限于单一栖息地或小尺度食物网，对区域尺度多栖息地耦合系统的崩溃机制知之甚少。

瑞士联邦理工学院（ETH Zurich）等机构的研究团队在《Communications Biology》发表突破性研究。他们整合瑞士全国尺度的物种分布数据与281,023条营养相互作用，构建包含7808种动植物（含3205种维管植物、425种脊椎动物）的"trophiCH"营养元网络（metaweb），并据此推演出12个区域多栖息地食物网。通过模拟六种栖息地导向的灭绝情景（农业、水生、森林、草地、湿地生态系统）和两种丰度导向情景（稀有/常见物种优先灭绝），首次量化了不同栖息地物种丧失对区域食物网稳健性（robustness）的差异化影响。

研究采用三项关键技术：1）基于文献挖掘和专家知识构建国家尺度营养元网络，结合物种栖息地关联（TypoCH分类系统）和海拔分布（1200m分界）推演区域子网络；2）开发基于弱连接组分（Weakly Connected Components, WCCs）的稳健性系数（robustness coefficient）算法，量化网络破碎化动态；3）利用瑞士物种信息中心（InfoSpecies）的观测数据作为丰度代理，设计非随机灭绝概率模型。所有分析均通过1000次重复模拟确保统计效力。

【网络结构随栖息地组成的变化】
通过主成分分析发现，瑞士各区域栖息地组成差异显著：第一主成分（PC1）区分人为干扰（城市/农业）与自然（草地/灌丛）栖息地，第二主成分（PC2）反映贫瘠地与湿地/森林的梯度。线性模型显示，食物网连接度（connectance）随PC2值降低而显著下降（β=-0.001, p=0.002），且低海拔区域连接度普遍低于高海拔区（β=-0.012, p<0.001）。这表明栖息地类型配置与海拔协同塑造网络结构。

【栖息地导向灭绝的级联效应】
模拟结果显示，针对特定栖息地的物种移除导致更剧烈的网络崩溃。在高海拔区，湿地物种优先灭绝使网络最早瓦解（1531±5次初级灭绝），稳健性系数较随机情景降低最显著（p<0.001, Cliff's delta=-1.000）；低海拔区则对农业生态系统物种丧失最敏感（3791±35次初级灭绝）。进一步分析发现，湿地物种虽仅占类群的31%，却参与69%的营养链接，其丧失导致EPT（蜉蝣目、襀翅目、毛翅目）和脊椎动物等关键跨界连接者急剧减少。

【丰度驱动的稳健性差异】
常见物种优先灭绝引发更快的次级灭绝累积和网络破碎化（高海拔区1429±5次初级灭绝即崩溃），而稀有物种丧失对网络影响较小（1577±4次）。丰度与物种连接数呈中度正相关，常见物种构成网络结构核心——移除它们导致嵌套性（nestedness）系统性降低，印证"核心-边缘"理论在区域尺度的适用性。

这项研究开创性地揭示：1）湿地等关键栖息地物种的丧失会通过跨界营养链接引发区域性级联崩溃；2）常见物种（而非传统关注的稀有物种）对维持网络稳健性具有不可替代作用；3）海拔梯度通过调节栖息地配置间接影响网络脆弱性。这些发现挑战了"保护稀有物种优先"的传统范式，强调维持景观栖息地镶嵌（habitat mosaic）和常见物种种群的重要性。研究建立的元网络方法为全球变化下的生物多样性风险评估提供了新工具，尤其适用于政策相关的区域尺度保护规划。未来需结合种群动态模型和相互作用强度数据，进一步揭示气候变化与栖息地丧失的复合效应。