潮间带大型底栖生物群落能否恢复到入侵前的自然栖息地水平——基于互花米草三种控制技术的两年连续观测

《Ecological Engineering》:Does intertidal macrobenthic community recover to its natural habitat level before invasion: a two-year continuous observation based on three control technologies of Spartina alterniflora

【字体: 时间:2026年09月09日 来源:Ecological Engineering 4.1

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   摘要清除入侵植物互花米草(Spartina alterniflora)可能有助于沿海湿地生态系统中生物多样性的恢复。尽管中国沿海已广泛应用多种互花米草防治技术,但以往研究在时间和空间覆盖范围上的局限性制约了对清除区域生物多样性恢复的准确评估。我们在中国江苏沿海的三个潮间带区域

  

摘要

清除入侵植物互花米草Spartina alterniflora)可能有助于沿海湿地生态系统中生物多样性的恢复。尽管中国沿海已广泛应用多种互花米草防治技术,但以往研究在时间和空间覆盖范围上的局限性制约了对清除区域生物多样性恢复的准确评估。我们在中国江苏沿海的三个潮间带区域,针对三种互花米草防治技术——"割除+翻耕"、"割除+除草剂"和"筑堤+淹水"——开展了为期两年的大型底栖生物群落野外调查。在排除季节性变化后,三种防治技术下清除区域的大多数大型底栖生物多样性指数均表现出显著的时序变化,且这些时序趋势与相邻自然光滩栖息地存在显著差异。清除后两年内,在任何一种技术下,清除区域的生物多样性或群落组成均未完全趋同于自然光滩参考条件。与其他两种技术相比,"筑堤+淹水"处理下清除区域与自然光滩栖息地之间的生物多样性相似度显著更低。虽然"割除+翻耕"和"割除+除草剂"在生物多样性指标上表现出与参考栖息地相当的相似度水平,但"割除+除草剂"处理下的群落组成仍接近其清除前的状态,表明群落组成向自然光滩群落的恢复十分有限。总体而言,三种防治技术在两年内均未使大型底栖生物群落恢复到自然光滩水平,但"割除+翻耕"似乎比另外两种技术具有更大的恢复潜力。这些发现强调了长期监测和优化防治技术的必要性。

引言

潮间带位于海陆界面,具有独特的生态结构和较高的生物多样性,提供包括生物地球化学循环、碳封存、水质净化和海岸线稳定在内的关键生态系统服务(Paxton等, 2024;Wang等, 2021a;Mitsch等, 2015)。然而,近几十年来,潮间带生态系统面临气候变化、污染、海岸改造和生物入侵等日益加剧的压力,使其面临生态退化的严重风险(Zhong等, 2022;Cao等, 2020;Ma等, 2014;Ren等, 2021)。在这些压力因素中,入侵植物互花米草的快速扩张已成为中国沿海潮间带生态系统最突出的生态威胁之一(Ren等, 2021;Nie等, 2023)。
清除互花米草通常被认为是恢复潮间带生态系统的重要途径,但清除过程本身往往伴随着底质扰动、植被丧失和水文条件变化,可能对潮间带生物群落产生复杂的效应(Dernie等, 2003;Huang等, 2021;McFarlin等, 2015)。大型底栖生物群落是潮间带生态系统中的主要生物类群之一,由于其活动能力有限且对栖息地变化高度敏感,常被用作环境监测和生态系统健康评估的生物指示物(Shao等, 2025;Talley和Levin, 2001;Peng等, 2013)。随着中国沿海大规模实施互花米草防治项目,互花米草清除对潮间带大型底栖生物群落的影响受到了越来越多的关注(国家林业和草原局, 2022)。
以往研究表明,大型底栖生物群落对互花米草清除的响应与所采用的具体防治技术及恢复时长密切相关。从时间维度看,互花米草清除后短期内大型底栖生物群落的丰度、生物量和多样性指数均出现显著下降(Hu等, 2026;Lin等, 2025)。尽管这些指数在恢复一年后可能有所改善,但仍与相邻未入侵栖息地的水平存在差异(Shao等, 2025;Wang等, 2021b)。从防治技术角度看,"筑堤+淹水"技术下大型底栖生物物种组成和多样性指数的恢复与清除区域内部的水文连通性呈正相关(Wang等, 2021d)。"割除+翻耕"技术下,清除区域的大型底栖生物群落与自然泥滩栖息地的相似度大于与本地植被栖息地的相似度(Ye等, 2024)。在化学防治方面,喷洒高效氟吡甲禾灵(haloxyfop-R-methyl)和异噁草酮酸(imazapyr acid)对大型底栖生物群落的负面影响在高生物多样性入侵栖息地中弱于低生物多样性入侵栖息地(Zhu等, 2026)。然而,大多数研究在互花米草清除后仅监测大型底栖生物群落不超过一年,难以评估其在更长时间尺度上的恢复过程。此外,以往研究主要关注单一互花米草防治技术,不同防治技术下大型底栖生物群落恢复的对比证据仍然有限。更重要的是,很少有研究明确评估清除区域的大型底栖生物群落是否能够恢复到自然未入侵光滩条件。
江苏沿海拥有中国面积最大的潮间带光滩,也是最早且受互花米草入侵影响最广泛的地区之一(Liu等, 2018;Jackson等, 2021;Sun等, 2024)。本研究分别对采用"割除+翻耕"、"割除+除草剂"和"筑堤+淹水"三种技术管理的三个潮间带区域进行了为期两年的大型底栖生物群落同步监测,从而补充了以往通常仅关注单一防治技术或短期生态响应的研究。本研究拟解决以下问题:(1)三种互花米草防治技术下大型底栖生物多样性变化是否存在显著差异?(2)互花米草清除两年后,潮间带清除区域的大型底栖生物群落是否能够恢复到自然光滩栖息地的水平?本研究为评估大规模入侵植物防治的生态后果和改善沿海湿地修复决策提供了科学依据。

章节摘要

研究区域与防治技术

我们沿江苏沿海选取了三个研究区域:GY、XS和DF,这三个区域均受不规则半日潮周期性影响(图1a)。Google Earth Engine(GEE)卫星影像显示,在互花米草入侵之前,三个研究区域的潮间带均为无植被覆盖的光滩栖息地。自2023年起,三个区域分别实施了不同的互花米草防治技术:GY区域采用割除+翻耕,XS区域采用割除+除草剂

三种互花米草防治技术下大型底栖生物多样性的时序变化

在采样期间,所有研究区域共记录到52种大型底栖生物物种,物种累积曲线和Chao2估计值表明采样努力量充分(补充材料中的表S4和图S2)。结果表明,在控制季节性变化后,三个研究区域SA栖息地的大部分大型底栖生物多样性指数均表现出显著的时序变化,而

三种互花米草防治技术下大型底栖生物多样性时序变化的驱动因素

我们的结果表明,三个研究区域SA栖息地的大型底栖生物多样性指数均存在显著的时序变化,这可能与互花米草防治所引起的环境扰动有关,如植被和沉积物理化条件的变化。在"割除+翻耕"技术下,植被丧失和强烈的沉积物扰动可能通过埋藏效应导致SA区域大型底栖生物多样性指数短期内下降

结论

本研究表明,在两年恢复期内,三种防治技术均不足以将互花米草清除区域的大型底栖生物群落恢复到自然光滩栖息地水平,且不同防治技术下的恢复特征存在显著差异。由于沉积物扰动强度的差异,"割除+翻耕"和"筑堤+淹水"处理下清除区域的大型底栖生物群落组成分别转向

CRediT作者贡献声明

胡伟:撰写——初稿,方法论,调查研究,正式分析,数据整理。杨晴:验证。龚超:调查研究。董凯:调查研究。刘斌:资源,数据整理。孙成贺:撰写——审阅与编辑。卢昌虎:撰写——审阅与编辑,项目管理,经费获取。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金 [资助号 32171526] 和2024年江苏省研究生研究实践创新计划 [资助号 163111018] 的资助。我们衷心感谢大丰麋鹿国家级自然保护区工作人员在调查过程中提供的帮助。
胡伟|杨晴|龚超|董凯|刘斌|孙成贺|卢昌虎
南京林业大学生命科学学院,中国,邮编:210037
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