「專家觀點」Nature Ecology & Evolution | 生態系統複雜性的長期修復

2020-12-14 全國能源信息平臺

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題目：Long-term restoration of ecosystem complexity

期刊：Nature Ecology & Evolution

時間：2020年04月13日

DOI：10.1038/s41559-020-1154-1

一作兼通訊：David Moreno-Mateos

機構：Department of Landscape Architecture, Graduate School of Design, Harvard University

本次推薦的文章也是我們公眾號長期關注的主題：生態系統與生物多樣性。為了遏制生態系統退化和生物多樣性的喪失，人類開啟了諸多的、大規模的修復計劃。然而，這些計劃似乎並沒有起到預期的效果。比如，今年9月份，聯合國發布的《全球生物多樣性展望》就指出：全球在2010年擬定的20個原定於2020年實現的保護物種和生態環境的目標中，除6個「部分達成」外，其他均未達成。那麼，該怎麼做，才能做得更好呢？本文給出了一些比較有價值的參考。

本文認為，要充分考慮生態系統的複雜性，不能再只著眼於單一指標、單一維度的修復。要從長遠的角度考慮，融合生物互作網絡和演化潛力的分析方法，以修復退化生態系統的複雜性（ecosystem complexity）。該策略將有利於洞見決定生態系統結構、功能和穩定性的「生態-演化反饋」（eco-evolutionary feedbacks），該反饋可以幫助理解受損集合群落中的核心物種的適應性潛力的變化及其在修復中的重要性。適應性潛力的變化，則可以通過修復基因組學進行分析，即同時使用全基因組測序和空間替換時間等方法。基於此，作者認為，可以為未來的修復提供有意義的工具，並加速全球變化大背景下的生態系統修復。

圖1. 全球生態修復行動概覽。20世紀最後十年裡，出現了一些比較重要的國際性的修復行動，並設立了相應的修複目標。

圖2. 基於薈萃分析對修復的實際效果進行了總結。a，對600多個溼地修復案例進行總結，發現修復後的50到100年內，動植物的群落組成和生物地化功能僅恢復了74%。b，對89個湖泊和沿海生態系統修復案例的總結髮現，對生物多樣性和生物地化功能兩項，16年和12年後，分別恢復25%和34%。c，對166個森林修復案例進行總結，發現雖然數十年後動植物的多度得到恢復，但是其多樣性和生物地化功能並未因積極的修復而得到顯著改善。

圖3. 生態系統修復隨時間的變化。可以明顯看出，複雜性的度量指標越複雜，修復需要的時間越長。最簡單的是修復物種的多樣性，主要是物種數目；其次是群落組成的修復，包括了組成和數目；再次是群落內部的互作網絡；而最複雜的、耗時最長的則是集合群落之間的網絡互作。最複雜的這個也是最穩定的、最能實現自我維持的。

圖4. 分析遺傳變異的一些方法。靶向的遺傳分析主要基於一代測序。非靶向的遺傳分析主要基於高通量測序。非靶向的方法主要包括簡化基因組測序和全基因組測序兩類。

圖5. 未來對修復科學和相關管理措施進行改善的一些策略。a，表示因人類活動影響而受損的生態系統，通常表現為互作和功能比較簡化，預期隨著修復的不斷推進，其互作和功能會逐漸複雜化。b，表示一個未受幹擾的參照點。c-e，基於b所示的參照識別集合群落的核心生物，並基於此構建多層網絡和遺傳分析。將所得結果與其他幹擾位點的相似分析進行比較，評價目標位點的複雜性變化程度及生態系統的演化潛力。f，前述分析內容隨著時間的變化程度可以用於評估生態系統的穩定性。g，尋找關鍵物種和遺傳變異有利於推動重引入工作，從而促進生態系統的修復。h，整個流程下來，主要目的是為了加速生態系統複雜性的修復，繼而實現生態系統功能、穩定性和彈性的恢復。

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