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逆向操作!复旦团队破解生态修复难题修复图片

发布时间:2024-07-04浏览:0

想要恢复生态系统

民众的传统习俗

这是为了减少环境压力,种植树木和草

然后等待食草动物和捕食者

沿着食物链自下而上逐渐自然恢复

现实真的这么理想吗?

事实上,长期以来

许多传统的生态修复项目

难以有效

复旦大学生命科学学院

生物多样性与生态工程教育部重点实验室

何强、吴继华、李博团队

突破传统“自下而上”的方法

构建了“自上而下”的食物链

逆向调控下的生态修复增效规划

相关成果发表在Science等国际期刊

入选复旦大学2023年度“十大科技进展”

它还被选为 2023 年

“中国生态环境十大科技进展”

成果入选2023年“中国生态环境十大科技进展”

打破传统生态修复观

利用食肉动物帮助恢复植被

长江入海口崇明东滩湿地曾是水源充足、水草丰美、鱼鸟成群的地方。20世纪90年代,入侵植物互花米草挤压了海三棱草等本地植物的生存空间,破坏了食物链,生物多样性急剧下降。

长江口崇明东滩曾经一望无际的海黄芩湿地

人们铲除互花米草,重新种植原有的滩涂湿地植物——按照传统的生态修复理论,原生植物恢复之后,会吸引食物链中更高营养级的食草动物,食草动物会吸引食肉动物,食肉动物会吸引食物链中更高营养级的捕食者……随着沿着食物链自下而上的自然恢复,生态系统最终趋于稳定,一切看上去都是水到渠成的事情。

但事实并非如此——崇明东滩滩涂湿地的修复效果并不理想,近10年来,海藻在滩涂湿地互花米草管理区内始终未能恢复。

到底发生了什么?在架设红外摄像机进行24小时监控后,何强团队终于“发现”了罪魁祸首——一群以植物为食的小螃蟹,它们白天冬眠,晚上成群结队地爬出来寻找食物。

“种植植物会迅速引来大群食草蟹,它们不断啃食植物,而较高营养级的捕食者又‘迟迟未到’,因此植被和整个生态系统很难恢复到稳定状态。”何强解释道,在很多生态系统中,食物链中不同营养级的生物恢复并不同步,因此单纯通过种树种草来减轻环境压力的传统生态修复计划已经失效。

如果“自下而上”的修复方法失败,我们能否通过重新引入食肉动物来帮助“自上而下”的生态修复?例如,在崇明东滩引入了已经大量消失的水鸟和其他食肉动物,以捕食和恐吓食草蟹。

“有时候我们需要反向思考,只有管理好动物,植被才能恢复得更好。”何强团队通过多年的野外控制试验,仔细刻画了水禽、螃蟹与植被之间的相互作用,发现崇明东滩植被恢复困难与缺乏水禽等高营养级捕食者对食草性螃蟹的抑制密切相关。相关研究成果发表在《自然通讯》上。

通过进一步研究动物消费者对全球范围内植被恢复的影响,何强团队还发现,传统的“自下而上”的生态修复方案的失效不仅在中国,在全球很多地方都存在。生态系统修复面临着类似的问题——刚刚恢复的植被受到食草动物的抑制,但食草动物在更高的营养级上并没有受到食肉动物的抑制。这种食物链紊乱使得生态系统很难完全自然地恢复。这一研究成果发表在Science上,并被选为封面论文。

《科学》杂志同时发表的专文评论称,研究结论“挑战了动物会随着植被恢复而自然恢复的传统观点,凸显了生态系统退化崩溃过程与恢复重建过程的不对称性”。

修复_修复_修复图片

根植野外,六年积累

研究成果不断涌现

“生态学研究特别是野外生态研究周期长,短时间内很难对自然有突破性的认识。”何强直言,搞生态学往往需要长期积累,需要“耐心等待”。

团队成员定期对田间修复试验地进行监测

长期的野外调查、数据积累,是生态科研人员的“必修课”。2006年,还在读大二的何强开始在黄河入海口进行生态野外调查,从此与滨海湿地结下了不解之缘。那时,他背着纸质地图,每天骑着自行车,往返二三十公里,走遍了黄河入海口的每一条小路。

如今,每年4月至10月植被生长季,何强的团队成员都要赴长江口、黄河口等地进行滨海湿地生态野外调查和实验。早出晚归、风吹日晒、满身泥泞……是队员们的常态。

滨海湿地的实地研究,经常需要乘船前往小岛或由泥沙淤积而形成的大片滩涂。由于没有路,只能“顺着潮汐”进入,在涨潮时驾小船或快艇进去,再趁着涨潮时出来。因此,许多人都掌握了驾船的技能。

团队研究生乘坐快艇进行实地调查

“只有通过野外实地研究,才能更好地理解生态修复面临的实际问题。”何强说,食草动物、捕食者等生物之间的相互作用特别复杂,需要长期的野外研究才能了解它们在自然界中的作用。

根植野外,积蓄力量后再迸发。2018年,何强结束美国杜克大学海洋实验室博士后研究,来到复旦工作。虽然前几年发表了一些成果,但直到2023年,团队才迎来成果的迸发,在《Science》、《Nature》、《Science Advances》、《Nature Communications》等国际期刊上发表了一系列论文。

在此过程中,团队在将研究成果投稿给Science编辑部时遭遇了拒稿。“虽然审稿人一致认可该研究对于生态修复的重要意义,但其中一位审稿人认为我们的结论缺乏热带地区的数据支持,编辑部因此拒稿了我们的论文,但同时邀请我们补充数据和分析后重新投稿。”何强记得很清楚。

根据专家的建议,团队花了近半年时间对热带地区数据进行补充分析,进一步完善论文,经过二次投稿,论文最终被接受。

“能被Science选为封面文章,真是意外的惊喜!”何强激动地说。这进一步表明编辑部认可该项研究对推动生态系统修复的重要意义,也有助于提升我国生态研究的国际影响力。

做“有用的”科学研究

为生态修复提供“中国方案”

“我们的工作就是做大自然的医生。”何强说,团队将努力创造出能够“有用”的科学,以应对生态保护与修复面临的实际问题。

“国内外生态理论研究与应用实践还普遍存在脱节现象。”何强说,要有效推进生态保护与修复,需要更好地实现理论与应用的对接,但不能直接照搬基于自然生态系统研究的理论,而需要在保护与修复实践中进一步检验和发展理论。

何强团队在《Science》上发表的研究发现,食草动物对植物多样性的影响在自然生态系统和退化生态系统之间是相反的:虽然食草动物往往显著增加自然生态系统中的植物多样性,但它们却强烈抑制退化生态系统中的植物多样性。

团队成员合影

“加强理论与应用的对接,对高效推进海岸保护修复尤为关键。”何强认为,我国作为沿海大国,海岸带人口密集,人类活动影响严峻复杂,推动保护修复尤为紧迫,科技支撑尤为关键。

未来,何强团队将继续聚焦海岸带保护与修复,致力于做“一流”研究,推动国际理论前沿进展,服务国家应用需求,为海岸带生态保护与修复提供更好更多的“中国方案”。

社论

学校媒体中心

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张飞亚尹孟浩

图片来源

受访者

编辑

尹孟浩

编辑

王谦益

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