6年時(shí)間打磨，復(fù)旦學(xué)者這項(xiàng)全球性研究挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀點(diǎn)
“夢(mèng)想成真”是所有人的愿望，科學(xué)家也不例外。
為恢復(fù)喪失的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)學(xué)家早期提出一個(gè)聽(tīng)起來(lái)很美的“夢(mèng)境”假說(shuō)。他們?cè)绹?guó)奇幻電影Field of Dreams（中文譯作《夢(mèng)幻成真》）中的一句經(jīng)典臺(tái)詞：“if you build it，they will come（若你建成它，他們就會(huì)來(lái)）”，認(rèn)為人們一旦停止對(duì)大自然的破壞，改善環(huán)境條件，食物鏈會(huì)自然地按營(yíng)養(yǎng)級(jí)自下而上逐步恢復(fù)，進(jìn)而整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)恢復(fù)起來(lái)——這被稱作生態(tài)修復(fù)理論中的“上行效應(yīng)”。
然而世界各地的生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中，基于“上行效應(yīng)”理論的修復(fù)工程成效不一，有些甚至在很長(zhǎng)時(shí)間之后仍不能完全恢復(fù)。
多年來(lái)，復(fù)旦大學(xué)生物多樣性與生態(tài)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授賀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)一直致力于破解生態(tài)修復(fù)成效不一的難題。日前，他們的相關(guān)研究登上《科學(xué)》封面并被選為研究亮點(diǎn)、配發(fā)專文評(píng)述。近日，基于該理論，他們?cè)谏虾ｉL(zhǎng)江口開(kāi)展了有關(guān)水鳥與濱海濕地植被修復(fù)的野外控制實(shí)驗(yàn)，并發(fā)表于《自然-通訊》。
《科學(xué)》當(dāng)期封面
誰(shuí)“謀殺”了海三棱藨草
2018年，賀強(qiáng)等人在上海崇明東灘自然保護(hù)區(qū)調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)幾年前已經(jīng)成功治理外來(lái)入侵植物互花米草的濱海灘涂中，人工種植的土著植被海三棱藨草并未按照預(yù)想恢復(fù)起來(lái)。
這讓賀強(qiáng)非常納悶。為搞清原因，他帶領(lǐng)學(xué)生在東灘濕地開(kāi)展了海三棱藨草種植實(shí)驗(yàn)，并架起紅外相機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。
很快，“疑犯”浮出水面。
“回放監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，東灘濕地有很多小螃蟹，這些小螃蟹白天蟄伏不動(dòng)，晚上才成批爬出來(lái)覓食。”賀強(qiáng)說(shuō)，“它們很快就把種植的海三棱藨草幼苗啃食一空。”
為進(jìn)一步驗(yàn)證猜想，團(tuán)隊(duì)又設(shè)計(jì)了四種樣地進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)：一是不進(jìn)行任何處理，讓植被自然再生；二是按傳統(tǒng)方式種植海三棱藨草；三是種植海三棱藨草后，周圍掛上繩子排除水鳥；四是種植海三棱藨草后，通過(guò)去除蟹類模擬高強(qiáng)度水鳥捕食。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不控制蟹類，海三棱藨草很快就會(huì)消失。如果攔住水鳥，樣地里的蟹類會(huì)成倍增加，海三棱藨草消失的速度會(huì)更快。
“水鳥是蟹類的天敵。我們通過(guò)去除蟹類模擬水鳥高強(qiáng)度捕食發(fā)現(xiàn)，海三棱藨草很快就能長(zhǎng)得密密麻麻，兩三年內(nèi)土著植被就能恢復(fù)得很好。”賀強(qiáng)解釋說(shuō)，“和歷史上相比，東灘的水鳥種群目前雖有一定恢復(fù)，但數(shù)量依然較少，因此對(duì)蟹類的控制作用較弱，不利于土著植被恢復(fù)。”
這一發(fā)現(xiàn)促使他反思生態(tài)修復(fù)中傳統(tǒng)的“夢(mèng)境”假說(shuō)和“上行效應(yīng)”。
“我們有時(shí)候需要反向思維。”賀強(qiáng)對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)，“簡(jiǎn)單說(shuō)，如果把動(dòng)物管理好了，植被才會(huì)恢復(fù)得更好。”
他的目光投向了與“上行效應(yīng)”迥異的“下行效應(yīng)”，并通過(guò)構(gòu)建和分析包含64個(gè)國(guó)家、2594組實(shí)驗(yàn)研究的全球數(shù)據(jù)庫(kù)，在全球尺度上系統(tǒng)研究了植食動(dòng)物對(duì)植被恢復(fù)的“下行效應(yīng)”、分異格局及管理措施。
被拒稿論文登上《科學(xué)》封面
“有關(guān)自然生態(tài)系統(tǒng)的研究中，很早就有‘下行效應(yīng)’概念，但在生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，‘上行效應(yīng)’還是主流理念。”賀強(qiáng)說(shuō)，“‘下行效應(yīng)’能否用于生態(tài)修復(fù)，一直缺乏科學(xué)共識(shí)。”
賀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)的研究表明，“下行效應(yīng)”是生態(tài)修復(fù)成敗的關(guān)鍵影響因素之一，但生態(tài)修復(fù)不能完全照搬基于自然生態(tài)系統(tǒng)的研究結(jié)論。
“對(duì)比分析自然生態(tài)系統(tǒng)和修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)中的下行效應(yīng)，我們發(fā)現(xiàn)在自然生態(tài)系統(tǒng)中，植食動(dòng)物常會(huì)提高植物多樣性，但是在恢復(fù)階段的退化生態(tài)系統(tǒng)中，植食動(dòng)物則常顯著降低植物多樣性。”《科學(xué)》論文第一作者、團(tuán)隊(duì)研究生徐長(zhǎng)林介紹說(shuō)。
為什么在恢復(fù)階段的退化生態(tài)系統(tǒng)中植食動(dòng)物的作用發(fā)生了反轉(zhuǎn)？研究發(fā)現(xiàn)，相比自然區(qū)域，修復(fù)區(qū)域的初級(jí)生產(chǎn)力更低，而植食動(dòng)物的平均生物量卻是自然區(qū)域的兩三倍。當(dāng)初級(jí)生產(chǎn)力較低、植食動(dòng)物密度更高時(shí)，動(dòng)物取食更易清除種群較小的植物種，從而抑制植物多樣性。
“就像小螃蟹對(duì)海三棱藨草做的那樣，植物幼苗往往細(xì)嫩多汁，是植食動(dòng)物眼中的美味‘小吃’。”徐長(zhǎng)林解釋說(shuō)。
2022年6月，賀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)將相關(guān)研究提交《科學(xué)》編輯部。兩個(gè)月后，評(píng)審意見(jiàn)反饋回來(lái)，3位審稿專家均認(rèn)為這項(xiàng)工作總體上很有價(jià)值，但其中一位審稿專家認(rèn)為，該研究缺乏熱帶地區(qū)的數(shù)據(jù)，不具有全球代表性。
“初稿實(shí)際上是被拒了。”賀強(qiáng)說(shuō)，“但編輯同時(shí)強(qiáng)調(diào)，如果能把數(shù)據(jù)補(bǔ)上并進(jìn)行重新分析，歡迎把論文重新投回來(lái)。”
這本來(lái)是一項(xiàng)工作量極其龐大的工作，僅數(shù)據(jù)建庫(kù)工作就用了三四年時(shí)間。為了提高研究對(duì)全球不同地區(qū)生態(tài)修復(fù)的相關(guān)性，賀強(qiáng)還利用在多個(gè)國(guó)家學(xué)習(xí)、交流的經(jīng)歷，組建了一個(gè)包括研究歐洲、北美、南美、非洲、澳洲等不同地區(qū)植被的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，邀請(qǐng)他們加入研究、提供有關(guān)當(dāng)?shù)刂脖恍迯?fù)的適用性等反饋建議。
接到編輯補(bǔ)充數(shù)據(jù)的要求后，賀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)又花了近半年時(shí)間，針對(duì)熱帶數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，并對(duì)論文進(jìn)行了多次打磨。
二次投稿后，5位審稿專家對(duì)論文進(jìn)行了復(fù)審。不久，論文被接收并被選為當(dāng)期封面文章。
6年時(shí)間的打磨，以封面論文形式在頂刊發(fā)表，賀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)為破解生態(tài)修復(fù)成效不一的難題提供了新思路。
在《科學(xué)》同期配發(fā)的專文評(píng)述中，荷蘭生態(tài)學(xué)研究所Nacho Villar博士寫到，該研究結(jié)論“挑戰(zhàn)了動(dòng)物會(huì)隨植被恢復(fù)而自然恢復(fù)的傳統(tǒng)觀點(diǎn)、突出了生態(tài)系統(tǒng)退化崩解過(guò)程和恢復(fù)重建過(guò)程的不對(duì)稱性”。
扎根野外，開(kāi)啟更大夢(mèng)想
團(tuán)隊(duì)成員調(diào)查長(zhǎng)江口崇明東灘的修復(fù)實(shí)驗(yàn)樣地
每年四五月份到10月份，賀強(qiáng)大部分時(shí)間會(huì)在長(zhǎng)江口、黃河口進(jìn)行濱海濕地生態(tài)學(xué)野外調(diào)查和實(shí)驗(yàn)。
濱海濕地野外研究常需要乘船到近海的小島或泥沙淤積新形成的大片灘涂上去，由于沒(méi)有路，進(jìn)去必須“跟著潮水走”——漲潮時(shí)駕小艇或沖鋒舟進(jìn)入，再趁漲潮的機(jī)會(huì)出來(lái)。
經(jīng)常早出晚歸，讓賀強(qiáng)領(lǐng)略了很多難得一見(jiàn)的美景：浦東機(jī)場(chǎng)落日余暉下的剪影，暮色勾勒出大上海城市天際線的壯美，沖鋒舟劃過(guò)夜光藻留在海面的粼粼波光……
團(tuán)隊(duì)成員開(kāi)展完一天的野外調(diào)查后等待漲潮
在遠(yuǎn)離陸地的海涂上進(jìn)行野外調(diào)查，能遇到美景，也會(huì)遭遇險(xiǎn)情。
黃河口的潮汐不規(guī)律。有一次賀強(qiáng)帶隊(duì)在黃河口海涂上做實(shí)驗(yàn)，一天的工作結(jié)束后，期待的潮水遲遲不來(lái)。天色一點(diǎn)點(diǎn)暗下來(lái)，在離陸地二三十公里的海涂上，師生三人焦急地等待潮水涌起。
“天色完全暗下來(lái)，舉目四望只能依稀看到遠(yuǎn)處燈塔上閃閃的亮光。那種場(chǎng)景下人顯得特別渺小，會(huì)泛起一些恐懼的感覺(jué)。”賀強(qiáng)說(shuō)，“那里我比較熟悉，但其中一位同學(xué)明顯非常緊張，不斷地問(wèn)‘我們還能不能回去？’。”
直到晚上七八點(diǎn)鐘，潮水才姍姍來(lái)遲。師生三人終于有驚無(wú)險(xiǎn)地駕駛沖鋒舟摸黑趕回駐地。
團(tuán)隊(duì)成員漲潮期間開(kāi)展野外調(diào)查
長(zhǎng)期在大自然中開(kāi)展野外調(diào)查和實(shí)驗(yàn)，賀強(qiáng)希望能把對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)更好地用于生態(tài)保護(hù)修復(fù)。
在最新的《自然-通訊》刊發(fā)的論文中，賀強(qiáng)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)捕食性水鳥通過(guò)抑制蟹類的植食作用和土壤擾動(dòng)，促進(jìn)了長(zhǎng)江口濱海濕地的恢復(fù)，在生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中驗(yàn)證了“下行效應(yīng)”理論。
破解了“夢(mèng)境”假說(shuō)難題，更多生態(tài)修復(fù)的夢(mèng)想還有待探索。
“‘下行效應(yīng)’只是影響生態(tài)修復(fù)成效的一個(gè)方面。”賀強(qiáng)說(shuō)，“做好生態(tài)修復(fù)還需要更全面地認(rèn)識(shí)大自然，需要扎根野外，開(kāi)展更多、更深入的研究。希望能有機(jī)會(huì)沿著我國(guó)海岸線走一走，從中朝接壤的鴨綠江口到中越邊界的北侖河口。”
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https://doi.org/10.1126/science.add2814
https://doi.org/10.1038/s41467-023-43951-3
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