EL | 生物互作强度纬度和海拔格局的meta分析

生物互作强度随着纬度和海拔的升高而减弱的假说已被广泛接受，但这些地理格局是否可以在一个共同的理论框架内解释还不清楚。本研究的目标是确定多个营养级的生物互作强度随海拔变化的一般模式，并探索各研究结果的变异来源。通过对134篇文献的226个效应值的meta分析表明：随海拔升高，食草性（herbivory）、食肉性（carnivory）和寄生性（parasitism）的强度显著下降。然而，在高纬度地区，与恒温动物、食草动物爆发或生活在植物组织中的食草动物有关的生物互作强度并没有显著下降。食草性随纬度和海拔的增加而减弱，而食肉性随海拔的减弱强度是随纬度变化的5倍。寄生性随纬度增强，但随纬度显著减弱。因此，尽管相互作用强度的纬度和海拔格局具有共同的一般模式，但对于不同生物互作类型存在差异，说明这些生物互作的海拔和纬度变化是由不同的因素驱动的。生物相互作用纬度格局的结果不能直接扩展到海拔梯度格局上。

生物互作纬度梯度假说(Latitudinal Biotic Interaction Hypothesis，LBIH) 认为生物互作强度在稳定和温暖的低纬度地区最强，并且从低纬度到高纬度呈现减弱的格局。这种规律在海拔梯度上也经常被观测到，虽然这两种变化规律有相似之处，但海拔和纬度梯度的环境变化并不是完全相同的。比如：昼夜长随纬度变化较大，而不随海拔变化；大气压力随海拔变化较大，而不随纬度变化；UV-B辐射向两极方向减少，但随着海拔升高而增加。因此，生物相互作用中海拔梯度和纬度梯度之间的相似和不相似在很大程度上取决于这些(和许多其他)环境因素对参与这些相互作用的生物的相对重要性。到目前为止，关于生物相互作用中的这两种地理梯度是否可以在一个共同的理论框架内解释尚不清楚。通过比较生物互作的海拔梯度和纬度梯度格局之间的相似和不同之处，可以在很大程度上促进对形成这些格局的机制的理解。本研究通过对以往相关研究结果的meta分析来确定草食性、食肉性和寄生性的海拔变化的一般规律，并探索不同研究结果之间的差异，这与参与相互作用的生物特征和海拔梯度有关。温度随纬度和海拔升高均显著下降，说明生物的温度调节策略可能是它们对这两种地理梯度变化响应的重要预测因子。以往的研究表明：与恒温动物相比，变热动物对温度变化的敏感性更高（Huey et al., 2012）。一些研究发现在涉及变热动物的生物互作强度的纬度和海拔变化比与恒温动物有关的生物互作更剧烈。此外，生物互作强度随纬度和海拔的变化方向和强度可能受参与这些生物互作的功能群属性影响，比如生物的取食习惯、生活习性等，这些特性都可能会调节生物互作强度。

基于以往的研究结果，本研究预测：1、生物互作强度随海拔升高而减弱，但食草性（herbivory）、食肉性（carnivory）和寄生性（parasitism）随海拔的变化方向存在差异；2、食草性（herbivory）、食肉性（carnivory）和寄生性（parasitism）随海拔的变化速率也存在差异；3）与变温动物有关的生物互作强度随海拔的变化高于与恒温动物有关的生物互作强度变化；4）食叶性（食叶动物参与）随海拔的变化强度高于蛀干性（蛀干或食心动物参与）。

数据来源：1）7篇生物互作随海拔梯度变化的综述论文的所有参考文献；2）用“elevation*”，“geographic*”，“biotic interactions”， “herbivor*”， “predat*”， “carnivor*”和“parasit*”关键词从Web of Science上检索相关文献（1962年-2022年）。本研究数据不包括未发表的数据（或grey literature）。文献筛选标准：1）自然生态系统中的研究；2）相同地区研究之间的海拔间隔不小于100米；3）效应值可以从文献提供的数据中计算出来。

本研究从1962-2022年的WOS文献库中检索到了134篇符合要求的文献，计算出了226个效应值，其中与维管植物的营养器官（叶、茎）和繁殖器官（花、种子）食草性有关的效应值最多（76.5%），食肉性的数据（12.4%）主要是与捕食昆虫和鸟类巢穴有关的，寄生性数据（11.1%）主要涉及昆虫的拟寄生性。此外，本研究的数据涵盖了除南极洲以外所有洲和气候区的主要山脉。在226个效应值中，有87个是根据位于不同海拔研究点之间的对比得出的，其余139个是根据与海拔的相关性得出的。

性随海拔升高的下降速率高于食草性。树线以上的生物互作强度与海拔的相关性强于位于树线以下的相关性。在热带和温带气候区生物互作强度随海拔下降显著，而在极地苔原气候区变化不显著。对于只有与变温动物有关的草食性和食肉性随海拔呈显著下降。与恒温动物有关的肉食性随海拔的下降趋势高于食草性。无脊椎动物的食叶作用强度随海拔显著下降，而哺乳动物的食草作用和种子捕食随海拔升高没有显著变化。传播前和传播后的种子捕食随海拔的变化呈现相似的格局。在无脊椎动物中，食叶性的强度随海拔升高显著下降，而蛀干（或食心）性的强度随海拔没有显著变化。

转自：“生态科研笔记”微信公众号

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