一种基于生态系统的方法，用于量化生态风险和影响，以指导海洋生物入侵管理

《Journal of Marine Systems》：An ecosystem-based approach for quantifying ecological risks and impacts to inform marine biological invasion management

　　

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  基于生态系统的方法能够实现海洋生物入侵建立风险与生态影响的全面评估。
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  较低的繁殖体压力可导致欧洲绿蟹在海州湾产生显著的建立风险。
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  营养级相互作用在不同层次上调节入侵影响，重塑群落结构和种群动态。
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  入侵引发的营养级联效应可能加剧捕食压力，增加本地物种的灭绝风险。

引言

生物入侵被视为全球变化的重要表现之一，涉及物种有意或无意地超过其原生范围被转移到新区域，并可能在新环境中建立和扩散（Occhipinti-Ambrogi和Savini，2003；Roy等，2023；Seebens等，2017）。生物入侵通常由人类活动加剧所驱动。特别是在海洋环境中，全球贸易、水产养殖和渔业活动显著增加了生物入侵的机会（Sardain等，2019）。根据世界引进海洋物种名录（WRiMS）（https://www.marinespecies.org/introduced/），已有超过2400种入侵物种在不同海洋区域建立了种群。这些入侵可能改变生态系统中的营养级关系和能量流动，导致生物多样性丧失，并带来进一步的生态和社会经济风险（Green和Grosholz，2021；Nardelli等，2024；South等，2025）。因此，生物入侵被认为是渔业可持续发展和海洋生物多样性保护面临的主要挑战之一（Simberloff等，2013）。

在海洋入侵生态学领域，研究在预测入侵热点区域（Dawson等，2017）、识别传入途径（Letschert等，2021）和评估入侵的生态影响（Anton等，2019）方面已取得丰硕成果。值得注意的是，由于非本地物种（NIS）的低可检测性和海洋生态系统的复杂性（Simberloff，2014；Katsanevakis和Moustakas，2018），生物入侵或传入风险的空间格局通常通过统计模型研究或通过小规模实验验证，而对入侵过程和生态机制的全面理解往往不足。重要的是，入侵对生态系统的影响可能在不同的生态层次上表现，这涉及本地物种与非本地物种之间复杂种间相互作用（Lutz-Collins等，2016；Mellin等，2016）。例如，入侵种狮子鱼（Pterois volitans）的入侵不仅通过捕食显著降低本地食草鱼类的丰度，还会通过营养级联效应导致珊瑚礁底栖群落结构发生变化（Lesser和Slattery，2011）。因此，当从单一生态层次或单一物种角度评估入侵影响时，研究可能忽略营养级相互作用等潜在关键生态过程，无法全面描述生态影响，导致低估生态风险和误解入侵影响（Chave，2013；Grüss等，2016）。

当前对入侵动态的误解凸显了发展综合方法的紧迫性需求，即充分考虑非本地物种与本地物种之间的相互作用，预测未来入侵的潜在影响，并对现有和未来的入侵物种进行管控（Mellin等，2016）。这也强调了用于研究生物入侵的生态模型需要妥善处理海洋生态系统各组分及其在不同生态层次上的相互作用，从而从生态系统角度全面评估入侵影响。为此，基于个体的生态系统建模方法能够机理性地描述系统中各组分的行为及其相互作用，为预测未来入侵的潜在影响提供了有力工具（Lurgi等，2015）。个体基模型（IBMs）具有耦合多方面信息的能力，如物种分布、种群动态和个体扩散，使其成为入侵生态学中的灵活工具。因此，通过耦合生态系统动态，包括个体行为和种间相互作用，IBMs可以从生态系统角度检验建立风险并量化入侵影响。

在本研究中，我们采用基于生态系统的方法，通过同时评估建立风险和潜在生态影响，对一个潜在入侵进行了全面评估。我们开发了一个个体基模型，整合了本地生态系统动态的详细模拟以及从传入到建立的完整入侵过程。我们以一个代表性入侵物种——欧洲绿蟹（Carcinus maenas）在过度开发的海洋生态系统海州湾（中国）的潜在入侵为例，说明IBMs在入侵评估中的潜力。根据SeaLifeBase（图S1）和相关研究（Compton等，2010）的信息，黄海和东海沿岸生态系统面临C. maenas潜在入侵的风险。基于入侵动态的完整模拟，我们的研究目标包括：i）评估种群建立的概率；以及ii）量化建立后的群落水平和种群水平影响，并进一步阐明其内在机制。本研究旨在推动基于生态系统的评估方法在入侵生态学中的应用，并为未来入侵的预防性管理提供信息支撑。

章节摘要

研究物种与区域

欧洲绿蟹（C. maenas）是全球公认的最广泛入侵物种之一（Roman和Palumbi，2004）。SeaLifeBase（https://www.sealifebase.se/）和相关研究（例如Compton等，2010）表明，黄海和东海沿岸面临潜在入侵风险（图S1）。我们选择海州湾生态系统（图1）作为本研究的实施区域，该生态系统位于黄海沿岸，总面积为876.39 km²。该生态系统被认为是至关重要的

入侵风险评估

我们的结果表明，相对较低的繁殖体压力即可导致显著的建立风险，因为引入生物量达到0.03吨·时间步^?1即可产生超过10%的入侵成功率（图3，表S2）。根据拟合结果，入侵成功率随引入生物量的增加而急剧上升，当引入生物量足够高时则趋于相对稳定。在入侵成功的情况下，引入生物量的增加表现为

讨论

在本研究中，我们采用基于生态系统的方法，对欧洲绿蟹（C. maenas）对过度开发海洋生态系统潜在入侵的建立风险和生态影响进行了评估。我们检验了不同繁殖体压力水平下的建立风险，并进一步表明入侵成功可能对群落组成以及多种群落水平和种群水平指标产生显著影响。我们展示了入侵影响可以通过食物网传播，从而

CRediT作者贡献声明

赵天宇： 可视化、方法学、调查、形式化分析、概念化、写作——审阅与编辑、写作——原稿撰写。张崇亮： 方法学、调查、经费获取、写作——审阅与编辑。姬余鹏： 验证、软件、调查。徐彬铎： 可视化、调查、数据管理。薛莹： 验证、方法学、形式化分析。任一平： 指导、项目管理、经费获取。

未被引用的参考文献

Albins和Hixon，2008

Azevedo等，2012

Dahl和Patterson III，2014

Lockwood等，2005

Simberloff，2009

Swain等，2019

利益冲突声明

作者声明他们不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

作者感谢中国海洋大学渔业生态系统监测与评估实验室的成员提供样本和科学输入。本研究得到了国家重点研发计划（2022YFD2401301）的支持。

赵天宇|张崇亮|姬余鹏|徐彬铎|薛莹|任一平