水生所提出新的統(tǒng)一模型揭示“魚類生產(chǎn)力—物種豐富度”關(guān)系的底層規(guī)律
生態(tài)學(xué)長(zhǎng)期關(guān)注一個(gè)基本問(wèn)題：生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的變化，如何影響物種多樣性？以往研究發(fā)現(xiàn)，兩者關(guān)系既可能是正相關(guān)、負(fù)相關(guān)，也可能呈單峰形變化，即物種豐富度在中等生產(chǎn)力水平時(shí)達(dá)到峰值。然而，這一規(guī)律主要在植物群落中被驗(yàn)證，而在動(dòng)物群落中，尤其是復(fù)雜的魚類群落中，由于生態(tài)過(guò)程機(jī)制交織、定量數(shù)據(jù)難以獲取，始終缺乏明確的實(shí)證，如何在統(tǒng)一的理論框架下闡明其機(jī)制，仍然是一個(gè)未解之謎。
本研究通過(guò)系統(tǒng)的野外生態(tài)調(diào)查獲取了長(zhǎng)江中下游 39個(gè)淺水湖泊的第一手定量觀測(cè)數(shù)據(jù)，首次明確證明了魚類群落中存在穩(wěn)定的單峰型生產(chǎn)力–物種豐富度關(guān)系：隨著生產(chǎn)力提升，魚類多樣性先升后降，表明生物多樣性不可能隨著能量無(wú)限增加而持續(xù)上升，研究結(jié)果為理解富營(yíng)養(yǎng)化背景下魚類群落變化提供了關(guān)鍵依據(jù)。
圖1 研究區(qū)域和湖泊
本研究首次提出了一個(gè)新的統(tǒng)一模型（JBE模型），創(chuàng)新性地整合了圍繞該科學(xué)問(wèn)題的生態(tài)學(xué)三大核心假說(shuō)——“更多個(gè)體假說(shuō)（More Individuals Hypothesis,J）”、“生物量驅(qū)動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)假說(shuō)（Biomass-Driven Competition Hypothesis,B）”與“環(huán)境過(guò)濾假說(shuō)（Environmental Filter Hypothesis,E）”。該模型以極簡(jiǎn)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞?，將觀測(cè)模式、生態(tài)理論與統(tǒng)計(jì)建模緊密結(jié)合，成功重建了湖泊魚類群落中觀察到的單峰關(guān)系，為長(zhǎng)期困擾生態(tài)學(xué)界的“生產(chǎn)力–多樣性難題”提供了可量化、可驗(yàn)證的機(jī)制解釋。
圖2 整合生態(tài)學(xué)三大核心假說(shuō)的JBE模型概念圖
圖3 基于不同組合JBE模型重建觀測(cè)的生產(chǎn)力—物種豐富度關(guān)系
研究發(fā)現(xiàn)，在高生產(chǎn)力湖泊，浮游動(dòng)物食性魚類的生物量顯著增加，競(jìng)爭(zhēng)作用顯著增強(qiáng)，從而導(dǎo)致其他物種被排除。競(jìng)爭(zhēng)驅(qū)動(dòng)的物種損失先于環(huán)境脅迫（如缺氧）引發(fā)的多樣性下降，并抵消了高豐度帶來(lái)的潛在物種增加效應(yīng)。這表明，生物多樣性下降可能是生態(tài)系統(tǒng)退化的早期預(yù)警信號(hào)。該研究不僅深化了對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的理解，也為中國(guó)“十年禁漁”背景下的湖泊生態(tài)保護(hù)修復(fù)與管理提供了重要理論依據(jù)——湖泊管理不應(yīng)僅僅追求魚類資源量或物種數(shù)目的提升，而應(yīng)更多關(guān)注生產(chǎn)力與多樣性之間的動(dòng)態(tài)平衡與生態(tài)權(quán)衡機(jī)制。
圖4 種間競(jìng)爭(zhēng)程度與生物量水平之間的關(guān)系
本研究以“A unified model explaining the unimodal relationship between productivity and species richness in fish communities”為題，近日在線發(fā)表于國(guó)際生態(tài)學(xué)期刊 Ecology Letters。中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所為第一完成單位，已畢業(yè)博士研究生馮凱（現(xiàn)為匈牙利巴拉頓湖湖沼學(xué)研究所博士后）為論文第一作者，王齊東青年研究員為通訊作者，法國(guó)Bernard Hugueny教授和匈牙利Tibor Er?s 教授參與了研究。本研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金（32473162）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2022344）及湖北省杰出青年科學(xué)基金（2024AFA087）等項(xiàng)目的支持。其中，Bernard Hugueny教授和Tibor Er?s 教授先后獲中國(guó)科學(xué)院國(guó)際訪問(wèn)學(xué)者項(xiàng)目（PIFI,2024VBA0007;2025PVA0198）的支持。本研究大量野外工作得到了湖北省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳、湖北省農(nóng)業(yè)事業(yè)發(fā)展中心等單位的支持。
