《Nature》草食动物功能在空间上的共变模式及其对珊瑚礁恢复力的影响

这篇文章的核心内容是研究草食性鱼类在珊瑚礁生态系统中的功能，特别是它们如何影响珊瑚礁的恢复力，以及这些功能在空间上的变化模式。文章通过实地调查和实验，探讨了草食性鱼类的“啃食”（grazing）和“浏览”（browsing）行为对珊瑚礁从珊瑚到大型藻类状态转变的影响，以及这些行为的空间变异如何影响珊瑚礁的恢复力。

研究背景

珊瑚礁生态系统正面临着来自局部和全球压力源以及急性干扰的退化威胁。珊瑚覆盖度的下降常常伴随着大型藻类的增加，这种珊瑚-藻类的“相位转移”在加勒比海、中太平洋、西太平洋和印度洋都有报道。大型藻类通常是珊瑚的优越竞争者，即使有足够的珊瑚繁殖体存在，也可能阻止珊瑚礁恢复到珊瑚主导的状态。草食性鱼类对大型藻类的自上而下的控制被认为是影响珊瑚和大型藻类之间转变的关键生物过程。文章特别关注了草食性鱼类的两种功能：“啃食”和“浏览”。啃食者通过消耗内生藻类和丝状藻类来防止大型藻类的建立，而浏览者则通过消耗成熟的大型藻类来移除已经建立的大型藻类。

研究内容

研究的主要目的是探索草食性鱼类的啃食和浏览功能在空间上的共变模式、环境相关性以及对珊瑚礁状态转变的影响。研究在20个地点进行，这些地点跨越了大约10公里的范围。研究量化了啃食和浏览的速率，以及草食性鱼类群落的生物量和分类组成、底栖群落组成、藻类草坪和大型藻类的生产力，以及营养富集情况。

研究方法

实地调查：在20个地点部署了实验装置，以量化草食性鱼类对藻类草坪的啃食和对大型藻类的浏览。啃食实验通过将覆盖有藻类的珊瑚碎屑暴露给草食性鱼类3小时来评估，而浏览实验则使用萨加斯sum pacificum大型藻类，暴露24小时。

草食性鱼类群落和底栖组成的量化：通过潜水员进行视觉调查，记录并估计草食性鱼类的总长度，以计算生物量。

营养环境和藻类生产力的量化：使用氮组织含量作为当地营养环境的代理，通过元素分析确定总氮含量。同时，通过在排除草食性鱼类的笼子中放置瓷砖，测量藻类草坪在没有鱼类草食情况下的生产力。

环境属性与草食性行为变异的关系：使用主成分分析（PCA）探索环境因素如何解释观察到的啃食和浏览的空间模式。

草食性行为变异与珊瑚恢复力的联系：通过实地实验，将大型藻类主导的实验单元暴露在自然浏览强度梯度中，评估逆转潜力是否与浏览强度的变化相关。

研究结果

空间变异模式：研究发现，啃食和浏览速率在20个地点中存在高度空间变异，且两者之间没有高度相关。地点可以聚类为三种草食性制度：低啃食-低浏览、高啃食-低浏览和高啃食-高浏览。没有地点表现为低啃食但高浏览。

环境相关性：通过PCA分析发现，啃食和浏览的“热点”和“冷点”与特定的环境变量相关。啃食与藻类草坪的生产力、不同类别的藻类草坪覆盖度和地理位置相关，而浏览则主要与地理位置相关。

草食性鱼类生物量与草食性行为的关系：研究发现，草食性鱼类的生物量与啃食或浏览速率之间没有强相关性。然而，草食性鱼类生物量的空间变异与啃食和浏览的空间模式相关的环境变量相映射。

草食性行为与珊瑚恢复力的联系：实验表明，大型藻类状态转变的可逆性与浏览强度的空间变异强烈相关。在浏览强度高的地点，草食性鱼类能够移除84%的Turbinaria，而在浏览强度低的地点，Turbinaria的密度几乎没有变化或仅下降了6%。

结论

文章的结论强调了理解草食性鱼类功能的空间变异对于预测珊瑚礁对大型藻类状态转变的脆弱性和可逆性的重要性。研究结果表明，保护和管理草食性鱼类，特别是浏览者，对于增强珊瑚礁的恢复力至关重要。此外，研究还指出，管理策略需要根据不同环境因素和人类压力来定制，以保护草食性鱼类的功能，并增强珊瑚礁的恢复力。

来源：Nature