底栖生物功能多样性作为识别脆弱红树林的重要工具

《Ecological Informatics》：Benthic functional diversity as a valuable tool to identify vulnerable mangrove forests

香港红树林36个斑块中，基于蟹类群落的功能多样性（丰富度、冗余度、脆弱性）分析发现，8个站点因功能冗余低、脆弱性高面临生态崩溃风险，5个站点（如 Mai Po）功能最优，可作生物多样性储备库。研究表明物种多样性比斑块面积更能反映红树林功能，且现有功能指数难以准确预测气候变化下的未来趋势，强调长期监测的重要性。

　　在人类活动不断扩张、自然环境面临前所未有的挑战的背景下，红树林生态系统作为重要的沿海生物多样性热点，其功能性和稳定性正受到日益严峻的威胁。红树林不仅是许多动植物的栖息地，还在调节气候、保护海岸线、维持水体质量和提供生态系统服务方面发挥着不可替代的作用。然而，随着城市化进程的加快和气候变化的加剧，红树林的面积和完整性正逐渐缩小，导致其生态系统服务的丧失，进而影响周边环境的健康和可持续性。本研究以香港地区的36个中等及小型红树林碎片为对象，探讨红树林功能性的变化趋势，以及未来可能因气候变化而面临局部灭绝风险的物种对生态系统功能的影响。

### 红树林的生态价值与现状

红树林生态系统因其独特的地理位置和生态环境，成为许多物种的避难所和繁育场所。这些生态系统通常位于潮间带，由耐盐的树木和灌木组成，能够适应高盐度、间歇性淹没和丰富的有机质沉积的环境。尽管全球范围内红树林植物种类相对较少，仅约20个科的70种植物，但它们的分布范围曾覆盖全球近20万平方公里。这种生态系统不仅对海洋和陆地的食物链至关重要，还为沿海居民提供重要的资源，包括木材、鱼类和贝类等。此外，红树林在防止海岸侵蚀、减少风暴潮和海啸对沿海地区的破坏方面也发挥着重要作用。

然而，近年来红树林的面积急剧减少。据估计，自20世纪80年代和90年代以来，全球红树林面积减少了35%，尽管近年来减少速度有所放缓，但仍然维持在每年0.4%-2%的范围内。这一趋势在城市化程度较高的地区尤为明显，如香港。香港作为一个高度城市化的地区，其红树林面积在过去几十年中大幅缩减，主要受到沿海开发和土地填海工程的影响。尽管如此，目前香港境内仍存在约70个红树林碎片，总面积约为540公顷，其中最大的红树林是位于大屿山的 Mai Po 湿地，面积达到300公顷。

### 红树林功能性的评估方法

本研究采用了功能多样性指数（Functional Diversity Indices）来评估红树林生态系统的当前功能状态，并预测其在未来可能受到的影响。这些指数包括功能丰富度（Functional Richness, FRi）、功能冗余（Functional Redundancy, FRe）和功能脆弱性（Functional Vulnerability, FVu）。FRi 衡量了红树林中物种的功能性组合是否多样，而 FRe 则反映了生态系统中是否存在多个物种能够执行相似的功能，从而在某些物种消失后仍能维持其功能。FVu 则用于评估功能组合是否过于依赖少数物种，一旦这些物种受到威胁，生态系统功能可能会迅速崩溃。

研究团队在2017年至2020年间对香港36个红树林碎片进行了广泛的实地调查，主要记录了其中的短尾蟹（Brachyuran crabs）种类。这些短尾蟹在红树林生态系统中扮演着重要的角色，包括土壤通气、有机物分解和营养循环等。通过对这些物种的功能性特征进行分类和分析，研究团队能够更全面地了解红树林生态系统的功能结构，并识别出哪些红树林碎片面临较高的功能丧失风险。

### 研究结果与分析

在36个红树林碎片中，研究团队发现功能丰富度和功能冗余普遍较低，而功能脆弱性较高。这意味着许多红树林碎片的生态系统功能高度依赖于少数物种，一旦这些物种受到威胁或消失，整个生态系统的功能可能会受到严重影响。例如，有8个红树林碎片被识别为在功能丰富度、功能冗余和功能脆弱性三个方面都处于较低水平，这些碎片可能已经部分丧失了其生态系统功能，或者正处于功能丧失的边缘。相反，有5个红树林碎片在功能丰富度、功能冗余和功能脆弱性方面表现良好，这些区域可能具有较高的生态价值，能够作为附近受威胁红树林的生物资源库或补充来源。

研究还发现，红树林碎片的大小并不是决定其功能性的唯一因素。虽然较大的红树林碎片通常被认为具有更高的生态功能，但一些小型红树林碎片同样能够维持较高的功能多样性。例如，Tung Chung 红树林碎片虽然面积较小，但记录了最多的短尾蟹种类（24种），并且其功能丰富度和功能脆弱性都处于较高水平。这表明，红树林的功能性并不完全依赖于其面积，而是与物种的组成和功能角色密切相关。

### 未来预测与生态脆弱性

为了评估未来气候变化对红树林生态系统功能的影响，研究团队模拟了8种短尾蟹的局部灭绝情景。这些物种被认为是处于其分布范围边缘的，因此更容易受到气候变化的影响。例如，一些物种可能因温度升高而向北迁移，或者因海平面上升而失去其适宜的栖息地。模拟结果显示，尽管这些物种的消失对功能冗余和功能脆弱性产生了一定影响，但整体的生态系统功能并未出现显著下降。功能丰富度（FRi）略有上升，功能冗余（FRe）有所提高，而功能脆弱性（FVu）则略有增加。这表明，虽然部分物种的消失会影响红树林的生态功能，但整体系统仍具备一定的适应能力。

然而，这一结果也引发了对功能多样性指数预测能力的质疑。由于缺乏长期的数据支持，这些指数在预测未来功能趋势方面存在一定的局限性。此外，研究团队指出，当前的评估基于已受到一定程度影响的生态系统，这可能导致对生态退化的低估。因此，建立长期的生态监测体系，获取更全面的生态数据，对于准确评估红树林生态系统的健康状况和未来趋势至关重要。

### 生态功能与物种多样性的关系

研究团队强调，红树林的生态功能与其物种组成和功能角色之间的关系比其面积更为重要。虽然一些较大的红树林碎片可能具有更高的物种多样性，但这种多样性并不总是意味着更高的生态功能。相反，一些小型红树林碎片虽然面积有限，但可能包含更多独特的物种和功能性组合，从而在维持生态功能方面表现出更强的韧性。这一发现挑战了传统上认为面积越大生态功能越强的观点，提示我们需要重新审视红树林生态系统的评估标准。

此外，研究还指出，功能多样性指数在评估生态系统的复杂性和稳定性方面具有重要作用。通过分析不同物种的功能性特征，研究团队能够识别出哪些物种在生态系统中扮演着关键角色，以及哪些物种的消失会对生态系统功能产生更大的影响。例如，Haberma tingkok 是唯一一种以新鲜红树林叶片为食的短尾蟹，其功能性组合在其他物种中无法被替代。因此，这种物种的消失将对红树林的生态系统功能造成严重影响。

### 保护建议与未来展望

基于研究结果，研究团队建议将功能状态良好的红树林碎片作为重点保护对象，因为它们不仅能够维持较高的生态功能，还可能成为受威胁区域的生物资源库。同时，对于功能脆弱性较高的红树林碎片，应采取更加严格的保护措施，以防止其进一步退化。此外，研究团队还呼吁加强红树林生态系统的长期监测，以获取更准确的生态数据，并评估未来气候变化对生态系统功能的影响。

在城市化程度较高的地区，如香港，红树林的保护尤为紧迫。由于这些地区的红树林面积有限，任何生态破坏都可能对整个生态系统产生更大的影响。因此，需要在政策层面加强对红树林的保护，同时推动科学研究和公众教育，提高人们对红树林生态价值的认识。此外，还可以利用新兴技术，如环境DNA（eDNA）和DNA条形码，来更高效地监测红树林生态系统中的物种组成和功能性特征。

### 研究的意义与挑战

本研究不仅揭示了香港红树林生态系统的功能状态，还为全球范围内红树林保护提供了重要的参考。尽管研究结果表明功能多样性指数在评估生态系统功能方面具有一定的价值，但其预测能力仍受到数据不足和基线偏移的限制。因此，未来的研究需要结合更多的生态数据，尤其是长期的监测数据，以更准确地评估红树林生态系统的健康状况和未来趋势。

此外，研究团队还指出，当前的生态评估方法可能忽略了某些重要的生态因素，例如物种的分布范围、栖息地的复杂性以及生态系统的动态变化。因此，未来的生态研究应更加注重多维度的评估方法，结合物种多样性、功能性特征和生态系统结构等多方面因素，以更全面地理解红树林生态系统的功能和稳定性。

总之，红树林生态系统在全球范围内正面临前所未有的挑战，尤其是在城市化程度较高的地区。本研究通过功能多样性指数的分析，揭示了红树林生态系统的脆弱性，并为未来的保护工作提供了科学依据。然而，由于数据的局限性，这些指数在预测未来生态功能方面仍需进一步完善。因此，建立长期的生态监测体系、加强科学研究和公众教育，将是保护红树林生态系统的关键所在。