复旦大学Science封面论文：贺强团队破解生态修复的“梦境”之困

2023-11-06 07:11

2021-2030年已被确立为联合国“生态系统修复十年”。从陆地的热带雨林和草地到河口近海的海草床和海藻林，植被是地球上诸多生态系统的基础，发挥着生物多样性维持、碳固持、调蓄洪泛等一系列关键生态功能。因此，修复植被通常是退化生态系统修复的关键，对通过开展生态系统修复促进生态文明建设和全球可持续发展目标的实现具有重要意义。

传统上，植被生态系统的修复常围绕治理植物入侵等外部干扰、改善水土环境开展，或通过种植目标植物加速植被恢复；认为植被恢复后，植食动物、捕食动物也会按营养级自下而上逐步自然恢复（上行效应），即生态修复中的“梦境假说”（the “Field of Dreams” hypothesis）。然而，长期以来，许多基于上行效应的植被修复工程并不成功，或长时间之后仍不能恢复至自然植被状态。如何破解这一困境，更为高效地推进植被修复是生态系统修复中亟需解决的关键问题。

11月3日，国际综合性期刊Science 以封面论文发表了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、上海长江河口湿地生态系统国家野外科学观测研究站贺强教授团队的研究成果“Herbivory limits success of vegetation restoration globally”，通过构建和分析包含64个国家、2594组实验的全球动物消费者效应数据库（图1）和全球植物互作与恢复数据库，在全球尺度上系统研究了植食动物对植被恢复的下行效应、调控因素及管理措施。

贺强教授为该论文的通讯作者，课题组研究生徐长林为第一作者。

研究成果被Science 选为封面论文和研究亮点。同期Science还配发了题为“营养级联有助于恢复植被”（Trophic cascades help restore vegetation）的专文评述。

Science封面推介与专文评述

研究发现，植食动物对全球范围内的许多植被恢复具有强烈的下行效应（图2）。在处于恢复阶段的退化生态系统中，植食动物对植被多度和多样性的影响往往显著不同于相对未受干扰的自然生态系统。在自然生态系统中，植食动物通常抑制植被多度，提高植物多样性；而在处于恢复阶段的退化生态系统中，植食动物对植物多度的抑制作用通常更为强烈，并转而显著降低植物多样性。植食动物对植被恢复的这种抑制作用对人工种植的植被及在水生生态系统中尤为强烈。

图1 全球动物消费者效应数据库的数据分布

图2 自然和修复系统中植食动物对植被多度和多样性的效应量

研究还发现，在处于恢复阶段的退化生态系统中，植食动物对植被的下行效应更易受到气候、植物功能群、植食动物功能群等因素的影响。在气温更高、降水更少的地区，植被恢复会遭受更为强烈的植食效应；相比土著植食动物，外来入侵植食动物、家畜可更强烈地抑制植被恢复；虽然植食动物强烈抑制土著植物的恢复，但通常不显著影响外来入侵植物的多度。

此外，进一步比较分析不同管理措施研究发现，通过暂时去除植食动物或重引入捕食动物来控制植食作用可使植被多度恢复增大约1-4倍。这种增效作用常不弱于，甚至显著高于控制竞争植物、配置互惠植物等管理措施的增效作用。

该研究阐明了动物下行效应在植被恢复中的关键作用及气候等调控因素，为何时、何地、如何管理下行效应以提高植被恢复的成效提供了新见解，为破解生态修复的“梦境”之困提供了新思路。当前，随着伯恩计划（Bonn Challenge）、非洲绿色长城（Africa’s Green Great Wall）、蓝碳计划（the Blue Carbon Initiative）等的实施，大规模植被恢复工程正在全球许多地区快速推进。该研究表明管理植食作用等下行效应将有助于这些大型植被恢复工程的优化推广，也为近年来有关通过恢复食物网结构而提升生态系统多样性和自维持能力的“营养级再野化”（trophic rewilding）倡议提供了实证支撑。

该研究由复旦大学联合云南大学、兰州大学、中国科学院植物研究所、北京大学、南京大学、华东师范大学等国内外20余家研究机构共同完成。贺强教授为该论文的通讯作者，课题组研究生徐长林为第一作者。李博教授、吴纪华教授、刘玲莉研究员等提供了重要指导。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院国际合作项目等的资助。