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物種庫(kù)
 
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雨林的生物多樣性正在遭受挑戰(zhàn)!

媒體:科普中國(guó)  作者:黎茵   專業(yè)號(hào):孫瑩 2024-07-25 11:12:34

熱帶雨林分布在赤道附近,處于氣候高溫多雨、地形復(fù)雜多樣的自然條件之下,是常見的森林生態(tài)系統(tǒng)。這里保存著地球上非常珍貴的生物資源,是地球上動(dòng)物種類最為豐富的地區(qū),種類繁多的植物資源也為各種動(dòng)物提供了食物來(lái)源和棲息場(chǎng)所。

由于氣溫高、濕度大,熱帶雨林的有機(jī)物質(zhì)分解快,物質(zhì)循環(huán)強(qiáng)度大。它是全球最大的生物基因庫(kù),也是碳素生物循環(huán)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存的巨大活動(dòng)庫(kù)。

然而,熱帶雨林在全球范圍內(nèi)被大面積開墾的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。雨林環(huán)境的改變會(huì)造成土壤退化、水土流失、生物多樣性下降等后果,但在對(duì)食物網(wǎng)變化(地上和地下)以及整個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)功能和能量變化的影響方面,很大程度上仍然處于未知狀態(tài)。

熱帶雨林中的食物網(wǎng)能量流

陸地生態(tài)系統(tǒng)中生物量和能量流的分布主要由“綠色”(地上)和“棕色”(地下)食物網(wǎng)隔間構(gòu)成,它們共同塑造了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)功能。

雨林冠層的葉子通過(guò)光合作用吸收太陽(yáng)光,將其轉(zhuǎn)變?yōu)樘牵参镌诖诉^(guò)程中不斷積累能量。在“綠色”的地上環(huán)境,植食性昆蟲取食植物組織;肉食性的昆蟲、蜘蛛等樹冠節(jié)肢動(dòng)物以及鳥類又將植食性昆蟲作為食物。在“棕色”的地下環(huán)境,蚯蚓和土壤等節(jié)肢動(dòng)物將凋落的殘葉、真菌等作為食物,它們的排泄物最后會(huì)被微生物分解,進(jìn)入土壤。

能量流通過(guò)動(dòng)植物之間食物鏈構(gòu)成的食物網(wǎng),在整個(gè)森林能量系統(tǒng)中循環(huán)。

熱帶雨林中除了橡膠植物、可可樹、金雞納樹等常見經(jīng)濟(jì)植物,還有眾多奇特的動(dòng)植物,其中不乏具有藥用價(jià)值或者其他經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物種。熱帶雨林被大面積開墾,土地開發(fā)和利用方式的變化引起了雨林環(huán)境的變化,雨林中動(dòng)物群落也隨之改變。雨林動(dòng)物的種類、數(shù)量以及分布情況不再與原始雨林生態(tài)系統(tǒng)一致,食物網(wǎng)也悄悄地發(fā)生了變化。

由德國(guó)哥廷根大學(xué)、印度尼西亞茂物農(nóng)業(yè)大學(xué)、德國(guó)綜合生物多樣性研究中心和萊比錫大學(xué)合作的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì),于2024年2月在《自然》(Nature)雜志上發(fā)表了最新研究成果。研究團(tuán)隊(duì)將許多線索整合在一起,對(duì)土壤中的小型生物以及樹冠上的甲蟲和鳥類進(jìn)行了綜合分析,比較了位于印度尼西亞的蘇門答臘熱帶雨林、橡膠種植園和油棕種植園動(dòng)物群落的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程。

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熱帶雨林節(jié)肢動(dòng)物的14種收集調(diào)查方法(從地面到樹冠上部)。圖片來(lái)源:參考文獻(xiàn)[1]

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),土地利用方式的改變,導(dǎo)致熱帶雨林中地上和地下動(dòng)物食物網(wǎng)的能量流發(fā)生了很大變化。

從熱帶雨林到種植園

食物網(wǎng)經(jīng)歷了什么?

在蘇門答臘熱帶雨林地區(qū),熱帶雨林被開墾為種植園之后,大部分能量被輸送到地下的動(dòng)物食物網(wǎng)。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),與熱帶雨林相比,油棕和橡膠樹的單一種植園,具有相似或更高的動(dòng)物總能量流,但關(guān)鍵的能量節(jié)點(diǎn)明顯不同:在熱帶雨林中,包括“綠色”和“棕色”食物網(wǎng)90%以上的動(dòng)物能量流,導(dǎo)向土壤和樹冠中的節(jié)肢動(dòng)物;而在種植園中,50%以上的能量流則分配給了土壤環(huán)節(jié)動(dòng)物——蚯蚓。

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由于蚯蚓相關(guān)能量流的增加,土壤節(jié)肢動(dòng)物相關(guān)能量流下降。(圖中黑色線條代表能量流)。圖片來(lái)源:參考文獻(xiàn)[5]

與雨林動(dòng)物群落相比,種植園樹冠中的食物網(wǎng)不再那么豐富,也沒(méi)有那么復(fù)雜,土壤中的食物網(wǎng)發(fā)生了明顯變化,物種多樣化的節(jié)肢動(dòng)物群落被相對(duì)單一的入侵物種(蚯蚓)替代。

目前已知,人類農(nóng)業(yè)活動(dòng)會(huì)通過(guò)農(nóng)藥施肥、棲息地破碎化、光污染、氣候高溫變化或大氣中CO2水平升高等方式,影響節(jié)肢動(dòng)物種群規(guī)模和分布情況。由于這些變化,種植園中的捕食昆蟲通常很少,而以植物為食的昆蟲(例如毛蟲和甲蟲),數(shù)量就相對(duì)較多。

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種植園中捕食昆蟲數(shù)量較少,以植物為食的昆蟲數(shù)量較多。圖片來(lái)源:參考文獻(xiàn)[5]

目前,人們對(duì)熱帶土壤中節(jié)肢動(dòng)物的物種多樣性還知之甚少,因此,熱帶雨林土壤中的生物多樣性水平可能比我們一直以來(lái)的預(yù)估水平要高出很多。

這項(xiàng)研究并未將熱帶雨林冠層中鳥類以外的其他脊椎動(dòng)物群體(例如蝙蝠和兩棲動(dòng)物)的能量流計(jì)算在內(nèi),而許多脊椎動(dòng)物正是以節(jié)肢動(dòng)物等無(wú)脊椎動(dòng)物為食,因此熱帶雨林中的節(jié)肢動(dòng)物實(shí)際占有的能量流,可能要比研究統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)更大。

總的來(lái)說(shuō),熱帶雨林的食物網(wǎng)主要由無(wú)脊椎動(dòng)物組成,而且大部分集中在棕色的土壤層。

生物多樣性受到影響

蚯蚓有可能通過(guò)直接或間接的營(yíng)養(yǎng)相互作用(如清除凋落物、攝食微生物)改變土壤環(huán)境,從而對(duì)依賴土壤和凋落物生存的節(jié)肢動(dòng)物產(chǎn)生負(fù)面影響。但節(jié)肢動(dòng)物的減少,也可能是導(dǎo)致雨林環(huán)境變化后葉凋落物輸入減少以及種植園土壤中有機(jī)碳和有機(jī)氮減少的結(jié)果。

熱帶雨林土地利用方式的變化可能會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)(地上、地下)食物網(wǎng)能量和功能的重組,進(jìn)而影響生物多樣性發(fā)展。從微小的節(jié)肢動(dòng)物到鳥類,從土壤到樹冠,這些不同的生物會(huì)通過(guò)食物網(wǎng)和能量流聯(lián)系在一起。已有研究發(fā)現(xiàn),熱帶土地利用方式的變化可導(dǎo)致節(jié)肢動(dòng)物、鳥類和其他類群物種豐富度下降18%-70%。這項(xiàng)最新研究結(jié)果告訴我們,物種減少的現(xiàn)象與食物網(wǎng)中能量分布的根本變化是相關(guān)的。

在雨林被改造成人工林的過(guò)程中,生物多樣性大幅下降,生態(tài)系統(tǒng)也隨之改變。這首次揭示了在生物多樣性極其豐富的熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)中,土壤和冠層動(dòng)物群落能量流的變化過(guò)程。

研究熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)不同部分之間的聯(lián)系,對(duì)熱帶雨林生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義,尤其在物種瀕臨滅絕的生物多樣性地區(qū)。通過(guò)實(shí)施監(jiān)測(cè),研究人員會(huì)更好地評(píng)估人為變化對(duì)雨林節(jié)肢動(dòng)物生物多樣性時(shí)空分布的影響,從而科學(xué)評(píng)估熱帶雨林中節(jié)肢動(dòng)物瀕臨滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。

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策劃制作

出品丨科普中國(guó)

作者丨黎茵 中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

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