PNAS: 小体型和扩散能力强的食果鸟类是片段化森林的潜在功能连接者

分会秘书长：北京林业大学生态与自然保护学院 丁长青/100083, Tel 010-62336869, Email:cqding@bjfu.edu.cn

        2025年2月14日，浙江大学丁平教授团队和华东师范大学斯幸峰教授团队在美国科学院院刊PNAS发表题为“Interconnecting fragmented forests: small and mobile birds are cornerstones in the plant-frugivore meta-network”的研究成果。该研究以浙江千岛湖陆桥岛屿及其周边大陆的鸟类食果网络为研究对象，探讨了鸟类体型和扩散能力对岛屿鸟类群落组成和互作网络中心性的影响。该研究发现，小体型和扩散能力强的鸟类主导了岛屿上的食果互作及其背后的种子传播过程，这些物种可能是片段化森林中潜在的功能连接者。研究结果解析了大小斑块在维持森林种子传播中的不同生态功能贡献，揭示了生境片段化对鸟类食果互作空间结构的深远影响，同时强调未来研究应更多关注常见物种在生态系统功能中的关键作用。
        生境片段化正在深刻改变生物群落结构。在森林经历片段化的进程中，物种的性状不仅影响其对生境片段化的适应能力，还决定了其在维持生态系统功能中的作用。食果和种子传播是森林生态系统的重要生态过程，对于维持斑块之间的功能连通性至关重要。然而，食果动物的分布往往受到其体型和扩散能力的制约，这直接影响食果互作网络结构及其在景观尺度种子传播的贡献。因此，在土地利用变化加剧的全球背景下，厘清生境片段化、食果动物群落重组与食果互作空间结构之间的关系，对于制定受损生境修复和物种保护策略具有重要的科学意义。


图1: 浙江千岛湖的地理位置和景观，以及食果互作野外采样方法的概况

        研究团队以食果鸟类网络为研究对象，依托浙江千岛湖片段化陆桥岛屿系统，于2019至2022年三个完整结果季期间，在千岛湖22个研究岛屿和6个周边大陆点利用高置红外相机技术 (Zhu et al., 2021, 2022) 对鸟类食果互作进行大范围连续监测 (Li et al., 2022, 2023; Zhu et al., 2023；Zhu et al., 2024)。通过量化体重和手翼指数 (hand-wing index；表征扩散能力)，并利用食果互作监测数据构建了食果互作的空间集合网络 (plant-frugivore meta-network)，探究了食果鸟类群落在岛屿和大陆间的组成变化和物种在空间集合网络中的角色。

        研究发现大体型鸟类 (如白鹇) 和扩散能力弱的鸟类 (如噪鹛科) 的食果记录主要出现在大岛 (面积大于30公顷) 和大陆上，而体型较小的鸟类在小岛上有相对更多的食果记录 (图2)。与大陆连续生境相比，片段化生境中的食果鸟类群落表现出更小的体型和更强的扩散能力，而且这一趋势在小岛上尤为明显。

图2：食果鸟类在千岛湖片段化生境和大陆中的分布模式

        空间集合网络表现出显著的低连接度和高度模块化的结构。在小岛屿模块中，食果互作主要由扩散能力较强的鸟类完成，而大岛屿模块中，参与食果互作的鸟类扩散能力相对较弱，与其它两个模块组相比具有明显差异。进一步分析发现，食果互作的模块内连接度和模块间连接度与鸟类的体型呈负相关，但与其扩散能力呈正相关 (图3)，表明物种的功能性状深刻影响其互作的空间结构。


图3：食果互作模块连接度与食果动物功能性状的关系

        空间集合网络包含319对独特的鸟类食果互作，其中188对发生在多个岛屿上 (图4A)。涉及小体型且扩散能力较强的鸟类的食果互作倾向于具有更高的中介中心性 (图4B, C)。模拟灭绝模型显示，与食果鸟类的随机灭绝相比，当小体型鸟类首先灭绝时，集合网络的稳健性显著下降 (图4D)。

图4：空间集合网络及食果动物性状对网络结构维持的影响

        本研究基于高质量的食果互作监测数据和集合网络模型，揭示了在新安江大坝建成后的60年间，生境片段化对以鸟类为代表的食果动物群落内部结构的深刻影响，并进一步改变了食果互作的空间分布格局及种子传播功能。由于小体型和扩散能力强的鸟类对栖息地丧失和隔离具有较高的耐受性，目前它们已成为片段化生境中结果植物-食果动物集合群落的核心物种，有效缓解了因生境片段化而导致的种子传播功能的崩溃。本研究建议优先保护大型斑块，以确保片段化生境中生物多样性的维持和生态系统功能的长期稳定性。同时，建议利用小斑块作为食果动物扩散的“垫脚石”，通过食果动物的扩散可以将孤立斑块整合形成功能性连续的生境。此外，研究还表明，一些常见物种对森林的可持续再生的重要贡献被低估。在人为导致的生境片段化不可逆转的背景下，以及传统保护策略主要关注高灭绝风险物种的现状中，本研究强调应重视这些对生态系统可持续性具有高度功能重要性的常见物种，从而优化保护策略，实现生态系统的长期健康发展。

        中国动物学会鸟类学分会名誉主任委员丁平教授和委员斯幸峰教授为通讯作者，浙江大学生命科学学院博士后朱晨为本研究第一作者。哥本哈根大学Bo Dalsgaard副教授，华东师范大学生态与环境科学学院博士后李万德、赵郁豪、曾頔（现任职于浙江农林大学林业与生物技术学院），埃克塞特大学研究员Christopher Kaiser-Bunbury和Benno Simmons，苏黎世大学博士后Fernando Gonçalves，浙江大学生命科学学院博士后任鹏、博士生张雪 (现任职于中国电建华东院)、本科生常龙啸 (现就读于慕尼黑大学)为共同作者。研究受到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、国家留学基金委等科研项目资助。

致谢：感谢浙江大学于明坚教授和团队成员对本研究的建议和支持。本研究中鸟类的手绘图由《中国国家地理》图书部科学编辑曹紫娟老师，手绘画专家肖白、苏靓、钱晶和徐亮等老师提供，特此致谢！

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2415846122