6年时间打磨，复旦学者这项全球性研究挑战传统观点！

文｜《中国科学报》记者 张双虎

“梦想成真”是所有人的愿望，科学家也不例外。

为恢复丧失的生物多样性和生态系统，生态学家早期提出一个听起来很美的“梦境”假说。他们援引美国奇幻电影Field of Dreams（中文译作《梦幻成真》）中的一句经典台词：“if you build it，they will come（若你建成它，他们就会来）”，认为人们一旦停止对大自然的破坏，改善环境条件，食物链会自然地按营养级自下而上逐步恢复，进而整个生态系统就会恢复起来——这被称作生态修复理论中的“上行效应”。

然而世界各地的生态修复实践中，基于“上行效应”理论的修复工程成效不一，有些甚至在很长时间之后仍不能完全恢复。

多年来，复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室教授贺强团队一直致力于破解生态修复成效不一的难题。日前，他们的相关研究登上《科学》封面并被选为研究亮点、配发专文评述。近日，基于该理论，他们在上海长江口开展了有关水鸟与滨海湿地植被修复的野外控制实验，并发表于《自然-通讯》。

《科学》当期封面

谁“谋杀”了海三棱藨草

2018年，贺强等人在上海崇明东滩自然保护区调查时，发现几年前已经成功治理外来入侵植物互花米草的滨海滩涂中，人工种植的土著植被海三棱藨草并未按照预想恢复起来。

这让贺强非常纳闷。为搞清原因，他带领学生在东滩湿地开展了海三棱藨草种植实验，并架起红外相机进行监控。

很快，“疑犯”浮出水面。

“回放监控发现，东滩湿地有很多小螃蟹，这些小螃蟹白天蛰伏不动，晚上才成批爬出来觅食。”贺强说，“它们很快就把种植的海三棱藨草幼苗啃食一空。”

为进一步验证猜想，团队又设计了四种样地进行对比实验：一是不进行任何处理，让植被自然再生；二是按传统方式种植海三棱藨草；三是种植海三棱藨草后，周围挂上绳子排除水鸟；四是种植海三棱藨草后，通过去除蟹类模拟高强度水鸟捕食。

结果发现，不控制蟹类，海三棱藨草很快就会消失。如果拦住水鸟，样地里的蟹类会成倍增加，海三棱藨草消失的速度会更快。

“水鸟是蟹类的天敌。我们通过去除蟹类模拟水鸟高强度捕食发现，海三棱藨草很快就能长得密密麻麻，两三年内土著植被就能恢复得很好。”贺强解释说，“和历史上相比，东滩的水鸟种群目前虽有一定恢复，但数量依然较少，因此对蟹类的控制作用较弱，不利于土著植被恢复。”

这一发现促使他反思生态修复中传统的“梦境”假说和“上行效应”。

“我们有时候需要反向思维。”贺强对《中国科学报》说，“简单说，如果把动物管理好了，植被才会恢复得更好。”

他的目光投向了与“上行效应”迥异的“下行效应”，并通过构建和分析包含64个国家、2594组实验研究的全球数据库，在全球尺度上系统研究了植食动物对植被恢复的“下行效应”、分异格局及管理措施。

被拒稿论文登上《科学》封面

“有关自然生态系统的研究中，很早就有‘下行效应’概念，但在生态修复领域，‘上行效应’还是主流理念。”贺强说，“‘下行效应’能否用于生态修复，一直缺乏科学共识。”

贺强团队的研究表明，“下行效应”是生态修复成败的关键影响因素之一，但生态修复不能完全照搬基于自然生态系统的研究结论。

“对比分析自然生态系统和修复生态系统中的下行效应，我们发现在自然生态系统中，植食动物常会提高植物多样性，但是在恢复阶段的退化生态系统中，植食动物则常显著降低植物多样性。”《科学》论文第一作者、团队研究生徐长林介绍说。

为什么在恢复阶段的退化生态系统中植食动物的作用发生了反转？研究发现，相比自然区域，修复区域的初级生产力更低，而植食动物的平均生物量却是自然区域的两三倍。当初级生产力较低、植食动物密度更高时，动物取食更易清除种群较小的植物种，从而抑制植物多样性。

“就像小螃蟹对海三棱藨草做的那样，植物幼苗往往细嫩多汁，是植食动物眼中的美味‘小吃’。”徐长林解释说。

2022年6月，贺强团队将相关研究提交《科学》编辑部。两个月后，评审意见反馈回来，3位审稿专家均认为这项工作总体上很有价值，但其中一位审稿专家认为，该研究缺乏热带地区的数据，不具有全球代表性。

“初稿实际上是被拒了。”贺强说，“但编辑同时强调，如果能把数据补上并进行重新分析，欢迎把论文重新投回来。”

这本来是一项工作量极其庞大的工作，仅数据建库工作就用了三四年时间。为了提高研究对全球不同地区生态修复的相关性，贺强还利用在多个国家学习、交流的经历，组建了一个包括研究欧洲、北美、南美、非洲、澳洲等不同地区植被的科学家团队，邀请他们加入研究、提供有关当地植被修复的适用性等反馈建议。

接到编辑补充数据的要求后，贺强团队又花了近半年时间，针对热带数据进行补充，并对论文进行了多次打磨。

二次投稿后，5位审稿专家对论文进行了复审。不久，论文被接收并被选为当期封面文章。

6年时间的打磨，以封面论文形式在顶刊发表，贺强团队为破解生态修复成效不一的难题提供了新思路。

在《科学》同期配发的专文评述中，荷兰生态学研究所Nacho Villar博士写到，该研究结论“挑战了动物会随植被恢复而自然恢复的传统观点、突出了生态系统退化崩解过程和恢复重建过程的不对称性”。

扎根野外，开启更大梦想

团队成员调查长江口崇明东滩的修复实验样地

每年四五月份到10月份，贺强大部分时间会在长江口、黄河口进行滨海湿地生态学野外调查和实验。

滨海湿地野外研究常需要乘船到近海的小岛或泥沙淤积新形成的大片滩涂上去，由于没有路，进去必须“跟着潮水走”——涨潮时驾小艇或冲锋舟进入，再趁涨潮的机会出来。

经常早出晚归，让贺强领略了很多难得一见的美景：浦东机场落日余晖下的剪影，暮色勾勒出大上海城市天际线的壮美，冲锋舟划过夜光藻留在海面的粼粼波光……

团队成员开展完一天的野外调查后等待涨潮

在远离陆地的海涂上进行野外调查，能遇到美景，也会遭遇险情。

黄河口的潮汐不规律。有一次贺强带队在黄河口海涂上做实验，一天的工作结束后，期待的潮水迟迟不来。天色一点点暗下来，在离陆地二三十公里的海涂上，师生三人焦急地等待潮水涌起。

“天色完全暗下来，举目四望只能依稀看到远处灯塔上闪闪的亮光。那种场景下人显得特别渺小，会泛起一些恐惧的感觉。”贺强说，“那里我比较熟悉，但其中一位同学明显非常紧张，不断地问‘我们还能不能回去？’。”

直到晚上七八点钟，潮水才姗姗来迟。师生三人终于有惊无险地驾驶冲锋舟摸黑赶回驻地。

团队成员涨潮期间开展野外调查

长期在大自然中开展野外调查和实验，贺强希望能把对自然界的认识更好地用于生态保护修复。

在最新的《自然-通讯》刊发的论文中，贺强团队发现捕食性水鸟通过抑制蟹类的植食作用和土壤扰动，促进了长江口滨海湿地的恢复，在生态修复实践中验证了“下行效应”理论。

破解了“梦境”假说难题，更多生态修复的梦想还有待探索。

“‘下行效应’只是影响生态修复成效的一个方面。”贺强说，“做好生态修复还需要更全面地认识大自然，需要扎根野外，开展更多、更深入的研究。希望能有机会沿着我国海岸线走一走，从中朝接壤的鸭绿江口到中越边界的北仑河口。”

相关论文链接：

https://doi.org/10.1126/science.add2814

https://doi.org/10.1038/s41467-023-43951-3