景观配置塑造了城市绿地中的鸟类-植物多层网络:这对城市生物多样性管理具有重要意义

时间:2026年2月20日
来源:Urban Forestry & Urban Greening

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鸟类-植物互作网络受城市景观格局影响研究:基于东京13个公园的多层网络分析发现,景观中绿地比例、植被质量和周边景观属性共同解释了网络结构异质性,且具有较长喙、偏好半开放生境及地面/栖息行为的鸟类在互作网络中更具中心性。

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田宇唐|平尾敏英
东京大学森林学部,东京大学农业与生命科学研究生院,日本东京文京区八百万一丁目1-1-1,邮编113-8657

摘要

城市绿地依赖于鸟类与植物之间的相互作用,这些相互作用支持生物多样性和生态系统功能,但城市景观配置如何影响鸟类与植物之间的相互作用网络仍不清楚。我们研究了景观配置如何影响东京13个城市公园中鸟类与植物多层网络的结构和β多样性,以及哪些鸟类特征、景观变量和空间尺度最能解释公园间的差异。我们沿着样带采集了由鸟类传播的种子和粪便,并通过DNA和形态学鉴定鸟类和植物属。对于每个公园,我们构建了一个多层网络,将觅食和种子传播相互作用与500-1500米缓冲区内的鸟类特征和景观变量联系起来。多层网络中包含的鸟类物种较少,但植物属较多。较长的喙、半开放生境的使用以及地面栖息或停歇行为与较高的多层中心性相关,而体重则没有明显影响。在500米缓冲区内,较高的绿地比例增加了网络密度和中心性,并减少了平均路径长度,而斑块间的平均最近邻距离较大则与较高的网络模块性相关。公园面积、植被质量和周围景观属性共同解释了公园间相互作用β多样性的差异,其中大部分差异是由相互作用的重构而非物种更替引起的。总体而言,城市景观配置似乎通过筛选鸟类功能特征和重组相互作用来塑造鸟类与植物多层网络。在公园周围保持约1500米范围内的连通绿地,以及高水平的公园内植被质量,可能有助于维持这些网络及其相关的生态功能。

引言

城市绿地提供的生态功能在很大程度上依赖于鸟类和植物之间的相互作用(Sekercioglu等人,2016年;Zhang等人,2022年)。鸟类通过在不同公园和花园中传播种子来促进本地植物的再生(Pejchar等人,2025年)。然而,由于缺乏对不同景观元素如何影响城市绿地的理解,许多城市绿地中的鸟类和植物栖息地往往未能达到最佳条件(Aronson等人,2017年;Beninde等人,2015年)。此外,这种次优的景观组成可能通过物种相互作用影响生态相互作用网络的拓扑结构。因此,了解城市景观配置如何影响鸟类与植物之间的相互作用对于有效设计能够维持原始生态相互作用网络拓扑结构的绿地至关重要。
通常,与觅食和觅食后行为相关的鸟类特征(形态学和行为特征)可以显著影响它们在相互作用网络中的生态角色,从而影响它们对植物再生的贡献(例如,B. Wang & Ives,2017年)。例如,鸟类的体型、饮食偏好、栖息地特化以及微生境选择可以决定种子传播的数量、多样性和沉积地点的适宜性。一些先前的研究表明,由于较大的鸟类具有较高的摄食率,它们在植物再生中通常扮演更重要的角色(例如,Li等人,2019年)。然而,其他研究表明,在食物有限的环境中,能量需求较低的较小鸟类可以维持更稳定和多样的种子传播相互作用(Hervías-Parejo等人,2020年)。尽管如此,作为城市绿地中网络枢纽的鸟类的具体生态特征仍不清楚。因此,识别城市相互作用网络中的关键鸟类物种的特征对于有针对性的鸟类保护至关重要。
在温带森林生态系统中,鸟类与植物之间的互利网络通常表现出嵌套和异质的结构,主要由少数高度连通的广食性物种主导(García,2016年)。这种网络结构取决于物种丰度和功能特征,并且在不同的栖息地和季节中有所不同(Darosci等人,2017年)。随着城市化进程的加快,城市扩张经常导致城市绿地内的栖息地破碎化和退化(Fernández-Juricic & Jokimäki,2001年),这会显著改变对栖息地变化敏感的鸟类与植物相互作用网络(Garcia,2016年)。因此,以植被覆盖减少和栖息地破碎化增加为特征的城市绿地可能表现出更高的相互作用同质性和较低的鸟类与植物种子传播网络模块性(Mubamba等人,2022年;Schneiberg等人,2020年;Takaoka,2013年)。人类活动的增加和夜间照明的增强也被确定为导致城市绿地中鸟类多样性下降的关键因素(Mathiaparanam等人,2024年)。
许多研究探讨了城市景观特征如何影响鸟类与植物之间的相互作用。然而,这些研究主要关注孤立的相互作用过程,如种子传播或觅食行为,忽视了这些相互作用的全面动态(Angulo-Ortiz等人,2024年;Mubamba等人,2022年;Schneiberg等人,2020年)。这种狭隘的关注方式可能会因为忽视了相互作用过程之间的更广泛连通性而引入偏差。例如,之前评估城市绿地中鸟类种子传播的研究主要采用了粪便分析(Hamao等人,2010年;Karasawa,1978年)或直接种子收集方法(Takatsuki,2023年),而其他研究则仅通过粪便样本分析觅食行为(Ioki等人,2024年)。然而,觅食并不一定转化为实际的种子传播(Trabelcy等人,2022年)。因此,仅依赖觅食相互作用的分析在推断种子传播的实际功能时可能存在偏差(Schlautmann等人,2021年)。
研究城市景观配置的影响需要整合多种相互作用过程来验证以往研究的发现(Genrich等人,2017年;Melián等人,2009年;Timóteo等人,2018年)。生态多层网络(EMN)分析的最新出现提供了一个新的视角,能够捕捉多维的相互作用动态(Boccaletti等人,2014年;Costa等人,2020年;Pilosof等人,2017年;Timóteo等人,2018年)。通过在统一的框架内同时考虑相互作用过程和时空尺度,EMN分析可以阐明传统单层分析所遗漏的复杂结构和动态特征(Aleta和Moreno,2019年;García-Callejas等人,2018年;Hutchinson等人,2019年;Pilosof等人,2017年)。然而,据我们所知,这种创新的分析方法尚未应用于评估景观配置如何影响城市绿地中的鸟类与植物相互作用。这一需求在实践中也很明显。在土地使用受限的情况下,城市规划者必须决定绿地应该如何配置和连接——例如斑块的大小和形状及其与周围区域的连接——同时平衡增强生态功能和管理潜在风险之间的权衡(Semeraro等人,2021年)。因为这些规划和管理决策可以通过多种途径影响鸟类与植物相互作用及其功能结果,因此需要综合多个过程的可靠评估,而不仅仅依赖于单一的代理过程。
在这项研究中,我们为东京大都会区的13个城市绿地构建了鸟类与植物多层相互作用网络。我们的主要目标是研究城市景观配置如何影响鸟类与植物多层相互作用网络的结构和拓扑结构。具体来说,我们旨在回答三个关键问题:(i)城市绿地中鸟类与植物多层相互作用网络中的关键鸟类物种具备哪些功能特征?(ii)城市景观配置的哪些方面与鸟类与植物多层相互作用网络的结构特征最密切相关,哪些因素起着最关键的作用?(iii)这些关键景观配置因素的变化如何影响鸟类与植物多层相互作用网络的结构差异?

实验设计

该研究于2023年4月至2024年2月在日本东京进行。我们选择了13个距离市中心距离不同的城市公园,以代表不同的景观配置(图S1和表S1)。进行了初步调查,记录鸟类物种、植被和人类活动水平,以确认景观特征的变化。
使用线状样带方法收集相互作用样本,路线设计旨在覆盖多样的栖息地,距离范围从1到2公里

城市鸟类与植物相互作用多层网络中的关键物种类型

从13个研究地块共收集了971个样本,包括252个粪便样本和718个种子样本(表S5)。成功识别的配对数据(鸟类物种和植物属)共计517个,这些数据被用于构建多层网络(图2,图3)。
从所有城市绿地中的配对数据构建的总体网络中,共识别出16种鸟类,代表13个属、10个科和3个目(图S4)。最常见的三种鸟类

讨论

我们的研究表明,样本中检测到的鸟类物种比例以及多层网络中识别的关键鸟类节点主要集中在少数几种常见的广食性物种上,这与加拉帕戈斯群岛上多层网络中的关键鸟类物种的发现一致(Hervías-Parejo等人,2020年)。与自然森林中的鸟类与植物相互作用网络相比,本研究中检测到的鸟类物种较少。这种相互作用的鸟类物种和关键

结论

我们的研究表明,在由少数数量较多且分布广泛的鸟类物种主导的鸟类与植物多层网络中,较长的喙、对半开放栖息地的偏好以及地面栖息或停歇行为与较高的网络中心性一致。这些结果表明,在城市绿地中,景观配置可以通过筛选具有特定功能的鸟类物种来塑造多层相互作用网络的结构和功能维持

资助

本研究得到了日本学术振兴会科学研究资助(23H03586)的支持。

作者贡献声明

平尾敏英:写作——审稿与编辑、验证、监督、资源提供、项目管理、方法论、研究实施、资金获取、概念构思。田宇唐:写作——初稿撰写、可视化、软件使用、方法论、研究实施、数据分析、数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢东京大学千叶森林学院的工作人员在整个研究过程中提供的宝贵后勤支持。同时感谢上野大辅、安井理香、玉木麻咲和熊木纯成在实验室工作和数据收集方面的协助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

数据和代码的可用性

数据和代码可在Dryad Digital平台上获取

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