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生態(tài)學(xué)長期關(guān)注一個基本問題：生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的變化，如何影響物種多樣性？以往研究發(fā)現(xiàn)，兩者關(guān)系既可能是正相關(guān)、負(fù)相關(guān)，也可能呈單峰形變化，即物種豐富度在中等生產(chǎn)力水平時達(dá)到峰值。然而，這一規(guī)律主要在植物群落中被驗證，而在動物群落中，尤其是復(fù)雜的魚類群落中，由于生態(tài)過程機制交織、定量數(shù)據(jù)難以獲取，始終缺乏明確的實證，如何在統(tǒng)一的理論框架下闡明其機制，仍然是一個未解之謎。
本研究通過系統(tǒng)的野外生態(tài)調(diào)查獲取了長江中下游 39個淺水湖泊的第一手定量觀測數(shù)據(jù)，首次明確證明了魚類群落中存在穩(wěn)定的單峰型生產(chǎn)力–物種豐富度關(guān)系：隨著生產(chǎn)力提升，魚類多樣性先升后降，表明生物多樣性不可能隨著能量無限增加而持續(xù)上升，研究結(jié)果為理解富營養(yǎng)化背景下魚類群落變化提供了關(guān)鍵依據(jù)。
圖1 研究區(qū)域和湖泊
本研究首次提出了一個新的統(tǒng)一模型（JBE模型），創(chuàng)新性地整合了圍繞該科學(xué)問題的生態(tài)學(xué)三大核心假說——“更多個體假說（More Individuals Hypothesis,J）”、“生物量驅(qū)動競爭假說（Biomass-Driven Competition Hypothesis,B）”與“環(huán)境過濾假說（Environmental Filter Hypothesis,E）”。該模型以極簡而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞剑瑢⒂^測模式、生態(tài)理論與統(tǒng)計建模緊密結(jié)合，成功重建了湖泊魚類群落中觀察到的單峰關(guān)系，為長期困擾生態(tài)學(xué)界的“生產(chǎn)力–多樣性難題”提供了可量化、可驗證的機制解釋。
圖2 整合生態(tài)學(xué)三大核心假說的JBE模型概念圖
圖3 基于不同組合JBE模型重建觀測的生產(chǎn)力—物種豐富度關(guān)系
研究發(fā)現(xiàn)，在高生產(chǎn)力湖泊，浮游動物食性魚類的生物量顯著增加，競爭作用顯著增強，從而導(dǎo)致其他物種被排除。競爭驅(qū)動的物種損失先于環(huán)境脅迫（如缺氧）引發(fā)的多樣性下降，并抵消了高豐度帶來的潛在物種增加效應(yīng)。這表明，生物多樣性下降可能是生態(tài)系統(tǒng)退化的早期預(yù)警信號。該研究不僅深化了對湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的理解，也為中國“十年禁漁”背景下的湖泊生態(tài)保護(hù)修復(fù)與管理提供了重要理論依據(jù)——湖泊管理不應(yīng)僅僅追求魚類資源量或物種數(shù)目的提升，而應(yīng)更多關(guān)注生產(chǎn)力與多樣性之間的動態(tài)平衡與生態(tài)權(quán)衡機制。
圖4 種間競爭程度與生物量水平之間的關(guān)系
本研究以“A unified model explaining the unimodal relationship between productivity and species richness in fish communities”為題，近日在線發(fā)表于國際生態(tài)學(xué)期刊 Ecology Letters。中國科學(xué)院水生生物研究所為第一完成單位，已畢業(yè)博士研究生馮凱（現(xiàn)為匈牙利巴拉頓湖湖沼學(xué)研究所博士后）為論文第一作者，王齊東青年研究員為通訊作者，法國Bernard Hugueny教授和匈牙利Tibor Er?s 教授參與了研究。本研究獲國家自然科學(xué)基金（32473162）、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會（2022344）及湖北省杰出青年科學(xué)基金（2024AFA087）等項目的支持。其中，Bernard Hugueny教授和Tibor Er?s 教授先后獲中國科學(xué)院國際訪問學(xué)者項目（PIFI,2024VBA0007;2025PVA0198）的支持。本研究大量野外工作得到了湖北省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳、湖北省農(nóng)業(yè)事業(yè)發(fā)展中心等單位的支持。