非本地海洋鱼类建群风险的全球格局与过程

《Journal of Applied Ecology》：Global patterns and processes of establishment risk by non-indigenous marine fish

　　

非本地物种（non-indigenous species, NIS）在保护规划中经常被忽视，尽管它们是对全球生物多样性的主要威胁。因此，迫切需要空间明确的风险评估，以共同考虑决定NIS建群的多个潜在过程。当前评估主要考虑NIS到达的可能性和接收区域的环境适宜性，忽略了决定建群的其他关键生物变量，如生态位重叠和与本地物种的潜在相互作用。在此，研究人员探索了NIS与本地物种之间的生态位重叠作为评估入侵风险的附加组成部分的潜力，并提出了将其整合到一个通用框架中，以评估全球尺度上NIS建群的可能性。使用121种非本地海洋鱼类，该框架结合了入侵过程的三个关键组成部分：（i）与源区域的连通性，（ii）接收区域的环境适宜性，以及（iii）与本地物种的生态位重叠。这些组成部分被合并为一个潜在的建群风险指标，然后研究人员对其进行分解，以检查全球格局并评估每个组成部分的相对贡献。研究结果表明，全球风险格局存在相当大的变异性，其中加勒比海和墨西哥湾因自然适宜的环境以及为其他热带物种（主要来自印度-太平洋）提供的生态位可用性而成为潜在鱼类入侵最敏感的区域。研究人员还检查了累积人类影响和海洋保护区（marine protected area, MPA）的潜在作用，它们能够提升或缓解此类风险。最后，获得的风险评分很大程度上对应于当前NIS已建群的区域。综合与应用。生态位重叠可能是关键考虑因素，即使是在环境上看似不适宜或与NIS连通性较差的区域。保护本地物种所固有的生物抗性可以提高针对性保护措施的有效性。通过将生态位重叠与连通性和环境适宜性一起考虑，所提出的方法可以提供对NIS建群背后机制的更深入理解。了解哪个组成部分可能有利于NIS可以直接指导管理并指导预防行动。最后，所提出的框架旨在具有通用性，并适用于不同空间尺度、区域和入侵情景，前提是有足够的数据。

非本地物种（non-indigenous species, NIS）是对全球生物多样性的主要威胁之一，但在保护规划中常被忽视。当前入侵风险评估主要关注NIS到达的可能性和接收区域的环境适宜性，却忽略了决定建群（establishment）的关键生物因素，如与本地物种的生态位重叠（niche overlap）和潜在相互作用。因此，亟需一个整合多过程的空间明确风险评估框架，以识别全球范围内对NIS建群最敏感的区域，并理解各成分的相对作用。为此，研究人员提出了一个包含连通性（connectivity）、环境适宜性（environmental suitability）和生态位重叠三个核心成分的建群风险指标，并以121种全球非本地海洋鱼类为案例，评估了全球建群风险格局，探讨了各成分贡献、累积人类影响和海洋保护区（marine protected area, MPA）的作用，并与现有NIS建群记录进行验证。该研究发表于《Journal of Applied Ecology》。

**关键技术方法（不超过250字）**
研究人员从MarINvaders门户网站获取了121种非本地海洋鱼类名单，并利用AquaMaps的栖息地适宜性评分（0.5°×0.5°分辨率）表示环境适宜性（Env_i,g）和本地物种分布。连通性（Con_i,j）基于全球港口间航运路线数据计算，并考虑苏伊士、巴拿马、基尔运河的完全连通。生态位重叠（Nic_i,g）通过功能独特性（functional distinctiveness）度量，基于9个连续性状和4个分类性状（来自FishLife数据库），计算NIS与接收网格中本地物种的功能距离。三个成分相加得到建群风险指数（R_i,g），并缩放至0-1。使用累积人类影响指数（cumulative human impact index, CHI, Halpern等, 2019）通过广义可加混合模型（generalized additive mixed model, GAMM）分析风险与CHI的关系。将风险评分与现有MPA分布及世界引进海洋物种名录（WRiMS）中的建群记录对比。

**研究结果**
**1. 全球建群风险格局**
通过聚合所有NIS的风险值并绘制全球地图，研究人员发现高风险区域集中在加勒比海和墨西哥湾、巴西北部陆架、西非海岸等热带和亚热带沿海区域，而高纬度地区风险较低。加勒比海和墨西哥湾因环境适宜且生态位可用性高，成为最敏感区域，平均每个网格可容纳约22种潜在NIS（以热带大西洋为例）。

**2. 各成分相对贡献**
通过分解风险指数各成分的百分比贡献，发现连通性总体贡献较小（平均约20%），但在西北大西洋、地中海、加勒比海和东海等区域贡献较高。环境适宜性和生态位重叠贡献较大且更均衡（各约40%）；热带地区环境适宜性贡献高，而极地和温带地区（如北极、南大洋）生态位重叠（即功能独特性）贡献更突出。

**3. 风险与累积人类影响及海洋保护区的关系**
通过GAMM分析，发现全球尺度上建群风险与累积人类影响指数呈显著正相关非线性关系（p<0.001）。在12个生物大区中，9个表现出显著关系，但方向各异：例如，中印度-太平洋呈线性正相关，而热带东太平洋和温带北大西洋呈线性负相关。当前MPA网络中，高（29.4%）和中高风险（29.1%）类别占据主导，但区域差异明显。

**4. 风险评分与现有建群记录的一致性**
将50种已建群NIS的当前分布范围与风险评分对比，发现94%的NIS（47种）其多数像元属于高风险或中高风险类别，其中42种（83.67%）以高风险为主。仅3种NIS以中低风险为主，无低风险类别。这表明风险评分与现有建群记录高度吻合，例如入侵狮子鱼（Pterois volitans）虽多呈中低风险，但因其低连通性被环境适宜性和生态位重叠补偿。

**总结讨论与结论**
讨论部分强调，生态位重叠可能是关键因素，即使在环境不适宜或连通性低的区域，NIS也能通过生态位释放而建群（如东地中海）。保护本地物种的固有生物抗性至关重要，MPA的规划需考虑未来入侵风险。本研究框架可作为全球优先区的初步筛选工具，但需结合局部尺度数据和更精细的栖息地模型（如AquaX）。未来应整合时间动态和更多性状信息（如毒棘、行为适应性）。
研究结论：总的来说，考虑到分析尺度以及观测到的风险格局与现有NIS建群范围的密切对应，本研究发现表明该全球框架可用于识别对NIS入侵敏感的区域。然而，研究者承认，所提出的指标可能低估了NIS建群的实际可能性和驱动因素，因为存在多种难以整合的物种特异性因素（如AquaMaps分辨率、人类活动不确定性、性状可塑性等）。尽管如此，该框架旨在通用并适用于不同空间尺度、区域和入侵情景，特别是通过额外考虑生态位重叠，将有助于更深入地理解NIS建群背后的机制，从而指导管理和预防行动，促进更精确的空间规划和跨区域管理。