《Hydrobiology》:Eucalyptus globulus Afforestation Reduces Invertebrate Richness and Diversity in Streams
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集约林业,尤其是以外来树种建立单种人工林,可深刻影响森林溪流的生态功能,在这些溪流中,河岸凋落叶是主要能量来源。本研究中,研究人员调查了西班牙西北部加利西亚(Galicia)20条具有不同累积蓝桉(Eucalyptus globulus)凋落叶水平的溪流中蓝桉
集约林业,尤其是以外来树种建立单种人工林,可深刻影响森林溪流的生态功能,在这些溪流中,河岸凋落叶是主要能量来源。本研究中,研究人员调查了西班牙西北部加利西亚(Galicia)20条具有不同累积蓝桉(Eucalyptus globulus)凋落叶水平的溪流中蓝桉造林对大型无脊椎动物(macroinvertebrates)群落的影响。采样于2020年秋季和2021年春季进行。秋季有6条溪流的凋落叶中桉树叶占比>50%,春季这一比例增至12条。秋季共发现24,705个个体,春季12,529个,隶属125个分类单元。尽管部分分类单元的丰度随桉树凋落叶比例增加而下降,大型无脊椎动物总丰度的变异性主要由季节、水流和水温解释。然而,与以本地河岸植被为主的溪流相比,主要受桉树凋落叶补给的溪流物种丰富度和多样性显著较低。大型无脊椎动物丰度、丰富度和多样性在秋季达到峰值,与落叶阔叶凋落物输入及桉树凋落叶比例较低相吻合。与本地落叶阔叶树种相比,桉树凋落叶质量较低、养分含量低且存在摄食威慑物质(feeding deterrents),这可能是导致上述观察结果的原因,凸显了保护本地河岸森林以维持溪流生物多样性的重要性,即使在以桉树人工林为主的经营景观中也是如此。
该论文发表于《Hydrobiology》,围绕集约林业对森林溪流生态功能的影响展开。河岸凋落叶(leaf litter)是溪流生态系统的主要能量来源,其物理化学性质会显著影响消费者活动。以外来蓝桉(Eucalyptus globulus)建立单种人工林会取代多样化河岸林,降低凋落物质量并使落叶节律同步化,可能干扰碎屑食物网。已有研究在葡萄牙中部发现桉树人工林溪流大型无脊椎动物多样性较低,但在西班牙北部却未出现一致的长期分解差异,提示气候与管理强度可能造成地理差异。加利西亚是西班牙桉树人工林面积最大的地区,但对小规模溪流的影响研究仍不足。研究人员因此提出假设:桉树凋落叶低质量会降低大型无脊椎动物的丰度、丰富度和多样性;秋季因本地落叶输入较多而群落更丰富;撕食者(shredders)受影响更明显,而广食性滤食者将在桉树输入主导的溪流中占优。
研究人员在加利西亚10个地点各选择一条主要流经桉树人工林的溪流和一条以本地落叶林为河岸的溪流,共20条溪流,分别于2020年秋季和2021年春季采样。大型无脊椎动物用500 μm网孔D形网沿12 m断面采集;同时采集粗颗粒有机质(CPOM)和细颗粒底栖有机质(FBPOM),并测量流量、水温、pH、电导率、叶绿素a、悬浮固体、溪流宽度和遮荫度。数据分析采用信息论方法,以校正后赤池信息准则(AICc)筛选模型,并用限制最大似然(REML)混合效应模型检验环境变量与响应变量的关系,同时辅以频率论假设检验。
3.1 溪流站点特征
20条溪流宽0.2–2.2 m,平均流量47.2 L/s,平均遮荫度73.4%。多数环境变量在季节间相似,但FBPOM、CPOM和本地凋落叶重量在秋季显著高于春季。秋季仅6条溪流桉树凋落叶占比>50%,春季增至12条;本地凋落叶在秋季约为春季近4倍,使桉树输入在春季相对更突出。相关分析显示,桉树凋落叶比例与群落多样性呈负相关,本地凋落叶重量与丰富度和多样性呈正相关,表明本地凋落物对维持群落结构的重要作用。
3.2 大型无脊椎动物丰度、丰富度与多样性
秋季共采集24,705个个体,春季12,529个,隶属125个分类单元。Protonemura、Gammarus、Tanytarsini和Hydropsyche等四个分类单元占总个体数的50%。REML分析显示,Limnephilus、Crunoecia和Ecdyonurus等分类单元丰度随桉树凋落叶比例增加而下降,尤其以秋季明显;Gammarus、Simulium、Orthocladiinae等9个分类单元秋季丰度高于春季。总丰度最佳模型包括季节、流量和水温,但包含本地凋落叶重量、桉树凋落叶比例和重量等变量的模型也有较高支持度。丰富度最佳模型包含季节和FBPOM,桉树凋落叶比例在其中呈负效应;多样性最佳模型包含桉树凋落叶比例、季节、溪流宽度和pH,其中桉树凋落叶比例负效应显著。频率论检验进一步证实,总丰度与桉树凋落叶比例无显著关系但秋季更高;丰富度和多样性则随桉树凋落叶比例增加显著下降,且秋季显著高于春季。
讨论部分指出,桉树人工林改变了溪流凋落物积累的季节性,春季桉树叶比例更高。这与桉树落叶高峰在春夏季、桉树凋落叶分解较慢以及分解者较少有关。桉树凋落叶质量低、氮磷含量低,且含有油脂和多酚等摄食威慑物质,导致依赖高质量本地凋落叶的撕食者减少,而Gammarus、Simulium等广食性或滤食者占优。总丰度未受显著影响,但丰富度和多样性显著下降,说明能量输入类型变化改变了群落组成。秋季蜉蝣目、襀翅目和毛翅目等敏感指示类群更为丰富,进一步支持本地凋落叶对维持健康群落的重要性。
研究结论部分可译为:尽管蓝桉等速生树种单作可为木材工业带来高经济效益,例如提高种植效率和生产力,但混交人工林因包含多种树种而被证明对森林健康、经济可持续性和生物多样性保护有益,并可能比单作人工林具有更高生产力。混交人工林中的物种、功能、结构和基因型多样性使其更具可持续性和环境友好性,尤其是纳入本地物种时。此外,多样化森林凭借结构多样性可缓冲最高温度,这在当前全球变暖背景下尤为重要。因此,保护本地河岸区,尤其是在受桉树人工林影响的溪流中,对于减轻对溪流群落和生态过程的负面影响至关重要。