环境变化对我国岩相潮间带大型底栖生物地理格局的影响

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扬子三角洲区域是我国经济发展最快,人口最为密集的地区之一。为了应对大规模围填海的需求以及海岸侵蚀、海平面上升、风暴等威胁,该区域修建大量硬基质海堤,这些硬基质海堤改变了原本的底质条件和景观结构,为岩相潮间带生物提供了可以附着和栖息的环境。在全球变暖等多重因子的推动下,硬基质海堤可能会成为岩相潮间带生物分布区向北扩张的“跳板”,进而改变原有的岩相潮间带生物地理格局。为了阐明气候变化和人类活动等环境变化对我国岩相潮间带大型底栖生物地理格局的影响,我们结合群落生态学、系统地理学、物理海洋学、宏条形码技术和生理生态学的方法和技术,探究环境变化对我国岩相潮间带大型底栖生物分布、潮间带群落结构、种群遗传结构、幼体扩散过程的影响以及在我国岩相潮间带种群扩张和种群联通性等方面的作用。硬基质海堤促进了南方岩相潮间带生物向北扩张。连续4年对硬基质海堤和相邻自然岩相群落的生态调查和物种多样性分析发现:基于群落组成的Bray-Curtis相似性,33°N以南的硬基质海堤与南方自然岩相群落聚为一组,表明大部分硬基质海堤的生物来自南方自然岩相;齿纹蜒螺(Nerita yoldii)和熊本牡蛎(Crassostrea sikamea)等南方物种的分布北界从30°N向北扩张到33-34°N的地区。硬基质海堤改变了区域内的底质条件,为岩相潮间带生物提供了可以附着的基底,促进了南方岩相潮间带生物向北扩张,进而改变了我国岩相潮间带大型底栖生物地理格局。硬基质海堤群落与自然岩相群落之间在物种组成和生物多样性方面存在明显差异。对硬基质海堤和自然岩相群落α多样性和β多样性分析表明:硬基质海堤群落具有生物覆盖度低、物种丰富度低、α多样性低的特点,且物种组成上与自然岩相群落存在差异。表明硬基质海堤群落不完全具备自然岩相的生态功能,会造成区域内生物多样性和生态服务功能下降。生境异质性是形成江苏硬基质海堤区域较高β多样性的主要原因。由此表明,增加硬基质海堤生境异质性对提高硬基质海堤群落物种多样性,改善其生态服务功能具有重要意义。硬基质海堤促进白脊管藤壶(Fistulobalanus albicostatus)南方种群向北方扩张和北方种群向南方扩张,进而改变了其种群遗传结构。基于COI基因对白脊管藤壶种群间遗传结构的分析发现:白脊管藤壶的南、北种群之间存在显著的遗传差异,但南、北种群边界之间的地理距离从硬基质海堤出现前的数百公里到现在仅余40公里,表明硬基质海堤促进了其南、北种群的扩张,尤其是南方种群已突破长江口这一系统地理学隔离,到达33°N。因此,在气候变化背景下,硬基质海堤将成为岩相潮间带大型底栖生物南、北种群基因交流的廊道。硬基质海堤增加了南、北方自然岩相群落之间的种群联通性。幼体扩散轨迹模拟结果显示:南方自然岩相春、夏季产出的浮游幼体可以到达江苏沿海地区夏,而硬基质海堤的修建为这些幼体提供了可以附着的基质。硬基质海堤春、夏季产出的幼体能够到达北方自然岩相。硬基质海堤成为了南、北种群幼体交流的“跳板”,增加了南、北方自然岩相群落种群联通性。通过宏条形码技术分析扬子三角洲近海海域贝类浮游幼体组成,进一步证实了幼体扩散轨迹模拟的结果,确认了南方生物和种群继续向北扩张的趋势。潮间带高温(34.5°C)和大量降水(>50 mm/h)显著降低日本菊花螺(Siphonaria japonica)单位重量卵带的幼体孵化数。沿海地区高温天气和降水量的增加,会进一步阻碍日本菊花螺幼体的产出,影响其种群动态和幼体补充。日本菊花螺幼体具有较强的盐度和温度耐受性,有利于幼体在近海区域不同环境下的存活和扩散,有助于其种群扩张和种群交流。综上所述,硬基质海堤的修建会造成南方物种和种群向北扩散,突破长江口生物地理隔离,从而对我国岩相潮间带大型底栖生物的分布和种群遗传结构产生影响。硬基质海堤成为了南、北种群幼体交流的“跳板”,增加了南、北方自然岩相群落种群联通性。因此,在气候变化背景下,硬基质海堤会进一步改变我国岩相潮间带生物地理格局。本研究对了解气候变化和人类活动双重影响下岩相潮间带生物分布区的变化具有重要意义,对预测未来岩相潮间带生物分布格局提供技术支持。
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