“什麼決定了物種分布格局？”是生态學的核心科學問題之一。基于生态位理論的兩種經典視角分别關注于非生物環境條件和生物間相互作用。長期以來，主流觀點認為宏觀尺度上的物種分布主要取決于環境條件；而生物間相互作用通常發生在距離鄰近的生物個體之間，因而在驅動小尺度（生境/群落水平）物種分布過程中扮演重要角色。但在長距離上生物間相互作用是否同樣存在？近年來越來越多的研究發現，相距幾十米乃至幾百米的不同類型生态系統之間也可能存在顯著的相互作用（通常由動物的長距離遷移、非生物物質的長距離傳輸等作用介導）。這種“長距離相互作用（long-distance interactions）”成為生态學的新興研究方向，但其在塑造生态系統結構、功能和穩定性等方面的作用模式及機理尚有待開展研究。
在“十三五”濱海灘塗濕地重點研發專項等項目支持下，伟徳国际官网登录入口徐馳、劉茂松和滕漱清課題組聯合國内外科學家，以我國黃海典型濱海濕地景觀為研究對象，通過分析40年的多源數據并建立理論模型，研究了外來物種互花米草定殖擴張過程中本地物種蘆葦和鹽地堿蓬空間分布的變化規律及其驅動機制，揭示出“長距離相互作用”對于驅動濱海濕地生态系統變遷發揮關鍵作用。
研究團隊首先通過解譯江蘇鹽城濕地珍禽國家級自然保護區核心區40年的Landsat遙感影像，發現在互花米草定殖并占據低潮位區域後的5年後，中潮位的鹽地堿蓬群落（圖1）面積開始表現出快速萎縮趨勢。有趣的是，堿蓬鹽沼的萎縮并非由外來種互花米草直接侵占，而主要是由高潮位的本地種蘆葦擴張侵占導緻。研究團隊進一步通過綜合分析植被分布、高程、沉積物、土壤鹽分等數據，構建了基于種群增長、空間擴散、種間競争和生物—地貌反饋等基本生态過程的偏微分方程理論模型，揭示了鹽分介導的長距離相互作用是近年來堿蓬鹽沼快速萎縮的關鍵驅動機制（圖2）：米草具有發達的地下根莖系統，能夠通過捕獲沉積物促進低潮位的沉積過程從而導緻高程的局部擡升，從而對潮水産生阻抑效應，減少中潮位的水淹時間和鹽分輸入；分析發現，這種作用雖然短期内較為微弱，但其長期積累效應可能導緻中潮位土壤鹽分下降到适合蘆葦生長的臨界阈值（與遙感觀測的5年時滞期一緻），從而顯著改變蘆葦和堿蓬之間的競争關系，即具有較強競争力的蘆葦快速占據原先高度鹽漬化（隻能生長耐鹽程度較高的堿蓬）的中潮位灘地，最終導緻堿蓬鹽沼系統喪失。模型分析表明，在數十年的時間尺度上，這種長距離相互作用最終能夠深刻改變該區域濱海濕地的生态系統穩态和韌性。
該研究拓展了生态系統的長距離相互作用理論，有助于深入理解長距離相互作用機制及其生态效應。研究發現的這種新型生物間相互作用的空間尺度能夠達到10千米，這是目前研究報道的固着生物間相互作用的最長距離之一。由于該區域是黃海濱海濕地生物多樣性的熱點區域，為包括丹頂鶴在内的東亞—澳大利西亞水鳥遷飛路徑上多種珍稀瀕危鳥類提供了重要停歇地，闡明該區域濱海濕地的演化規律及機制可為生物多樣性保護提供重要科學依據。
該研究于2022年6月28日以“Long-distance facilitation of coastal ecosystem structure and resilience”為題在線發表于《美國科學院院刊》（PNAS）。伟徳国际官网登录入口博士生王博和華東師範大學博士生張康為論文共同第一作者，伟徳国际官网登录入口徐馳教授和華東師範大學劉權興教授為論文共同通訊作者，複旦大學賀強教授、荷蘭皇家海洋研究所Johan van de Koppel教授、美國布朗大學Mark Bertness教授、伟徳国际官网登录入口劉茂松副教授、博士後滕漱清、博士生苗馨予共同參與本項研究。
本研究得到了“十三五”國家重點研發計劃“濱海灘塗濕地生态恢複與功能提升技術”（2017YFC0506200）和國家自然科學基金等項目的支持。論文鍊接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2123274119.
圖1. 鹽城濱海濕地中的鹽地堿蓬群落
圖2. 模型分析揭示長距離相互作用對濱海濕地生态系統的影響。圖中參數
圖3. 長距離相互作用機制示意圖