6年時間打磨，復旦學者這項全球性研究挑戰傳統觀點
“夢想成真”是所有人的愿望，科學家也不例外。
為恢復喪失的生物多樣性和生態系統，生態學家早期提出一個聽起來很美的“夢境”假說。他們援引美國奇幻電影Field of Dreams（中文譯作《夢幻成真》）中的一句經典臺詞：“if you build it，they will come（若你建成它，他們就會來）”，認為人們一旦停止對大自然的破壞，改善環境條件，食物鏈會自然地按營養級自下而上逐步恢復，進而整個生態系統就會恢復起來——這被稱作生態修復理論中的“上行效應”。
然而世界各地的生態修復實踐中，基于“上行效應”理論的修復工程成效不一，有些甚至在很長時間之后仍不能完全恢復。
多年來，復旦大學生物多樣性與生態工程教育部重點實驗室教授賀強團隊一直致力于破解生態修復成效不一的難題。日前，他們的相關研究登上《科學》封面并被選為研究亮點、配發專文評述。近日，基于該理論，他們在上海長江口開展了有關水鳥與濱海濕地植被修復的野外控制實驗，并發表于《自然-通訊》。
《科學》當期封面
誰“謀殺”了海三棱藨草
2018年，賀強等人在上海崇明東灘自然保護區調查時，發現幾年前已經成功治理外來入侵植物互花米草的濱海灘涂中，人工種植的土著植被海三棱藨草并未按照預想恢復起來。
這讓賀強非常納悶。為搞清原因，他帶領學生在東灘濕地開展了海三棱藨草種植實驗，并架起紅外相機進行監控。
很快，“疑犯”浮出水面。
“回放監控發現，東灘濕地有很多小螃蟹，這些小螃蟹白天蟄伏不動，晚上才成批爬出來覓食。”賀強說，“它們很快就把種植的海三棱藨草幼苗啃食一空。”
為進一步驗證猜想，團隊又設計了四種樣地進行對比實驗：一是不進行任何處理，讓植被自然再生；二是按傳統方式種植海三棱藨草；三是種植海三棱藨草后，周圍掛上繩子排除水鳥；四是種植海三棱藨草后，通過去除蟹類模擬高強度水鳥捕食。
結果發現，不控制蟹類，海三棱藨草很快就會消失。如果攔住水鳥，樣地里的蟹類會成倍增加，海三棱藨草消失的速度會更快。
“水鳥是蟹類的天敵。我們通過去除蟹類模擬水鳥高強度捕食發現，海三棱藨草很快就能長得密密麻麻，兩三年內土著植被就能恢復得很好。”賀強解釋說，“和歷史上相比，東灘的水鳥種群目前雖有一定恢復，但數量依然較少，因此對蟹類的控制作用較弱，不利于土著植被恢復。”
這一發現促使他反思生態修復中傳統的“夢境”假說和“上行效應”。
“我們有時候需要反向思維。”賀強對《中國科學報》說，“簡單說，如果把動物管理好了，植被才會恢復得更好。”
他的目光投向了與“上行效應”迥異的“下行效應”，并通過構建和分析包含64個國家、2594組實驗研究的全球數據庫，在全球尺度上系統研究了植食動物對植被恢復的“下行效應”、分異格局及管理措施。
被拒稿論文登上《科學》封面
“有關自然生態系統的研究中，很早就有‘下行效應’概念，但在生態修復領域，‘上行效應’還是主流理念。”賀強說，“‘下行效應’能否用于生態修復，一直缺乏科學共識。”
賀強團隊的研究表明，“下行效應”是生態修復成敗的關鍵影響因素之一，但生態修復不能完全照搬基于自然生態系統的研究結論。
“對比分析自然生態系統和修復生態系統中的下行效應，我們發現在自然生態系統中，植食動物常會提高植物多樣性，但是在恢復階段的退化生態系統中，植食動物則常顯著降低植物多樣性。”《科學》論文第一作者、團隊研究生徐長林介紹說。
為什么在恢復階段的退化生態系統中植食動物的作用發生了反轉？研究發現，相比自然區域，修復區域的初級生產力更低，而植食動物的平均生物量卻是自然區域的兩三倍。當初級生產力較低、植食動物密度更高時，動物取食更易清除種群較小的植物種，從而抑制植物多樣性。
“就像小螃蟹對海三棱藨草做的那樣，植物幼苗往往細嫩多汁，是植食動物眼中的美味‘小吃’。”徐長林解釋說。
2022年6月，賀強團隊將相關研究提交《科學》編輯部。兩個月后，評審意見反饋回來，3位審稿專家均認為這項工作總體上很有價值，但其中一位審稿專家認為，該研究缺乏熱帶地區的數據，不具有全球代表性。
“初稿實際上是被拒了。”賀強說，“但編輯同時強調，如果能把數據補上并進行重新分析，歡迎把論文重新投回來。”
這本來是一項工作量極其龐大的工作，僅數據建庫工作就用了三四年時間。為了提高研究對全球不同地區生態修復的相關性，賀強還利用在多個國家學習、交流的經歷，組建了一個包括研究歐洲、北美、南美、非洲、澳洲等不同地區植被的科學家團隊，邀請他們加入研究、提供有關當地植被修復的適用性等反饋建議。
接到編輯補充數據的要求后，賀強團隊又花了近半年時間，針對熱帶數據進行補充，并對論文進行了多次打磨。
二次投稿后，5位審稿專家對論文進行了復審。不久，論文被接收并被選為當期封面文章。
6年時間的打磨，以封面論文形式在頂刊發表，賀強團隊為破解生態修復成效不一的難題提供了新思路。
在《科學》同期配發的專文評述中，荷蘭生態學研究所Nacho Villar博士寫到，該研究結論“挑戰了動物會隨植被恢復而自然恢復的傳統觀點、突出了生態系統退化崩解過程和恢復重建過程的不對稱性”。
扎根野外，開啟更大夢想
團隊成員調查長江口崇明東灘的修復實驗樣地
每年四五月份到10月份，賀強大部分時間會在長江口、黃河口進行濱海濕地生態學野外調查和實驗。
濱海濕地野外研究常需要乘船到近海的小島或泥沙淤積新形成的大片灘涂上去，由于沒有路，進去必須“跟著潮水走”——漲潮時駕小艇或沖鋒舟進入，再趁漲潮的機會出來。
經常早出晚歸，讓賀強領略了很多難得一見的美景：浦東機場落日余暉下的剪影，暮色勾勒出大上海城市天際線的壯美，沖鋒舟劃過夜光藻留在海面的粼粼波光……
團隊成員開展完一天的野外調查后等待漲潮
在遠離陸地的海涂上進行野外調查，能遇到美景，也會遭遇險情。
黃河口的潮汐不規律。有一次賀強帶隊在黃河口海涂上做實驗，一天的工作結束后，期待的潮水遲遲不來。天色一點點暗下來，在離陸地二三十公里的海涂上，師生三人焦急地等待潮水涌起。
“天色完全暗下來，舉目四望只能依稀看到遠處燈塔上閃閃的亮光。那種場景下人顯得特別渺小，會泛起一些恐懼的感覺。”賀強說，“那里我比較熟悉，但其中一位同學明顯非常緊張，不斷地問‘我們還能不能回去？’。”
直到晚上七八點鐘，潮水才姍姍來遲。師生三人終于有驚無險地駕駛沖鋒舟摸黑趕回駐地。
團隊成員漲潮期間開展野外調查
長期在大自然中開展野外調查和實驗，賀強希望能把對自然界的認識更好地用于生態保護修復。
在最新的《自然-通訊》刊發的論文中，賀強團隊發現捕食性水鳥通過抑制蟹類的植食作用和土壤擾動，促進了長江口濱海濕地的恢復，在生態修復實踐中驗證了“下行效應”理論。
破解了“夢境”假說難題，更多生態修復的夢想還有待探索。
“‘下行效應’只是影響生態修復成效的一個方面。”賀強說，“做好生態修復還需要更全面地認識大自然，需要扎根野外，開展更多、更深入的研究。希望能有機會沿著我國海岸線走一走，從中朝接壤的鴨綠江口到中越邊界的北侖河口。”
相關論文鏈接：
https://doi.org/10.1126/science.add2814
https://doi.org/10.1038/s41467-023-43951-3
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