斑块大小和连通性对捕食关系的影响:牧食者—浮游植物的微宇宙试验

Spatial heterogeneity and interspecific interaction are both important features of biological communities and they may interact with each other to influence ecosystem functioning. However, the interactive effects on predator-prey dynamics have scarcely studied at the local community level, although ecologists have made great progresses in theory construction and model building. In particular, patch size structure, between-patch connectance structure, and predator traits have not previously and experimentally studied in relation to prey-predator relationships. In this program we plan to conduct a comprehensive study involving all the three factors using microcosms with phytoplankton-grazer systems. The study results can be used to test the theory and model predictions enriching community ecology, and meanwhile they may be used as references for the practices of conservation biology.

空间异质性和捕食关系是群落生态学研究中的两个核心问题，而且二者之间是相互联系的。然而，当前群落生态学中关于空间异质性对捕食关系影响的研究仍停留于理论与模型阶段，特别是空间斑块大小结构、斑块间连通性结构，以及捕食者属性（如个体大小）对异质性环境中的捕食者-猎物系统稳定性影响的研究仍属空白。本项目拟以三类不同的牧食者-浮游植物系统为研究对象，通过微宇宙模拟实验，探讨斑块大小、连通性及捕食者属性对捕食关系的影响。项目结果有望用于验证理论和模型的预测结果，为保护生物学的实践提供参考。

随着人类对环境影响的加剧，生态系统的空间结构发生了剧烈变化，极大地改变了生态系统的结构和功能。空间结构对生态系统的影响与捕食关系的改变密切相关，探讨两者之间的联系对于了解破碎生境生态变化的机制至关重要。然而，当前群落生态学中关于空间结构对捕食关系影响的研究仍停留于理论与模型阶段。基于此，本项目采用不同的浮游生物系统，首先探讨简单结构（空间形状、方向和大小），然后进一步探讨复杂结构（空间布局和连通性）对捕食关系的影响，以期加快景观生态学和群落生态学在该方面的发展。结果表明: . （1）空间形状对浮游植物-浮游动物种间关系的影响：在给定的空间大小下，随着容器高度：底面积比值的增加，浮游动物微型裸腹溞和大型溞垂直运动频率增加，运动能力下降，导致浮游动物滤食小球藻或栅藻的效率下降；. （2）空间形状对浮游植物-浮游动物-豆娘幼虫食物链功能的影响：豆娘停歇用棍子形状的变化通过密度介导和行为介导机制改变了营养级联效应的大小及方向；. （3）空间方向和大小对浮游生态系统稳定性的影响：对于一个形状和体积固定的长方体容器，随着容器高度增加（底面积的减小）或者尺度减小，浮游动物平均运动速度减小、滤食速率减小，有利于浮游植物-浮游动物系统的持续和稳定；. （4）空间布局对浮游生态系统生态过程的影响：适度的空间破碎化造成浮游动物大型溞的运动能力降低，滤食能力下降，小球藻-大型溞系统稳定性和持续性增加；但是过度破碎化导致浮游动物的死亡率增加，系统稳定性反而下降；..（5）空间连通性对浮游生态系统生态过程的影响：由于大型溞独特的行为模式，连通性对大型溞行为及平均运动能力不大；. 在本项目的支持下，项目主持人以第一作者发表SCI论文6篇，中文核心期刊论文1篇，此外，本项目执行过程中采用微型裸腹溞和角突网纹溞培养技术处在国际领先水平，并获1项国家授权发明专利。