近岸海洋沉积物中生物多样性与生态系统功能关系的研究：宏观底栖动物丰度驱动营养通量的新证据

本文通过近岸亚北极海域沉积物培养实验，揭示了底栖生物多样性（BEF）与生态系统功能关系的强情境依赖性。研究发现氧消耗（O2）和铵通量（NH4+）是驱动多变量通量差异的关键因素，且宏观底栖动物总丰度而非功能多样性是营养通量的核心驱动因子，为海岸带保护规划提供了新视角。

　　

亮点（Highlights）

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  在多站点实验中观察到显著的底栖通量差异，主要由O₂和NH₄⁺驱动
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  多样性指标解释了76%的多变量通量变异但未能揭示机制关联
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  宏观底栖动物总丰度是底栖通量的关键预测指标
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  生物多样性-生态系统功能（BEF）关系具有高度情境依赖性

引言（INTRODUCTION）

理解生物多样性与生态系统功能（BEF）的关系是生态学研究数十年的核心主题（Snelgrove等1997，Chapin III等1997）。随着生物多样性危机的加剧（Barnosky等2011），这一课题近年显得愈发紧迫。面对大规模环境变化和诸多人类活动影响，迫切需要实证研究来揭示自然生态系统中BEF关系的模式与机制。

研究方法（Study sites & field sampling）

我们在加拿大纽芬兰岛三个对比鲜明的海岸环境采集沉积物推芯样本（图1）。圣保罗湾（SP）位于西海岸的砂质潮滩，内迪港（NH）位于博纳湾东臂的亚北极峡湾，而北大西洋（NS）站点则暴露于更强的开阔洋影响。2018年7-8月使用手动推芯法采集未受扰动的沉积物样本（直径10cm，深度15cm），立即置于暗箱中保持原位温度运回实验室。

各站点底栖通量模式（Patterns of benthic fluxes across sites）

多变量分析显示各站点间底栖通量（即O₂、NH₄⁺、NO₃^-、PO₄^3-、SiO₄^-）存在显著差异（PERMANOVA，伪F=4.24，p=0.02）。NS站点的样本在nMDS图上呈现更紧密的聚类（图3）。氧消耗和铵通量是驱动多变量差异的主要因素，也是唯一两个单独分析时显示站点间统计显著差异的通量指标（表2和表S3）。平均氧消耗量范围从NH站点的195.72 μmol m^-2 h^-1到NS站点的418.67 μmol m^-2 h^-1，而铵通量在SP站点表现为净吸收（-3.31 μmol m^-2 h^-1），在NH和NS站点则表现为净释放（分别为15.21和29.01 μmol m^-2 h^-1）。

讨论（DISCUSSION）

我们在各研究站点观察到独特的宏观底栖动物群落（Clinton等2024）和站点依赖性的底栖通量模式。与预期一致，多样性和群落加权性状均值共同解释了多变量底栖通量变异的很大部分。然而，各种多样性指标未能提供关于生物多样性与生态系统功能之间机制联系的深入见解。有趣的是，当考虑营养通量的关键驱动因素时，宏观底栖动物总丰度是最一致的预测指标，这挑战了传统认知中功能组成优先于数量的观点。

结论（CONCLUSION）

我们的研究强调了生物多样性-生态系统功能（BEF）关系中显著的情境依赖性。尽管多样性指标解释了大部分多变量底栖通量变异，但这些指标未能阐明系统中个体营养循环的潜在机制。最重要的是，宏观底栖动物总丰度——而非功能多样性——被证明是底栖通量的关键驱动因子，这一发现可能对海岸带保护策略产生重要影响。