环境条件对鳗草(Zostera marina)非破坏性生物量估算的影响：异速生长与覆盖度-生物量关系的变异性研究

为解决大尺度植物生物量估算中环境变异对模型准确性的影响，研究人员针对大西洋加拿大地区的鳗草(Zostera marina)，通过异速生长(Allometric)和覆盖度-生物量(Percent cover-AGBM)关系建模，结合环境因子主成分分析(PCA)，发现温暖浅水区叶片更轻且生物量积累速率更低，为海洋植被生态功能评估提供了高精度建模方法。

　　

在沿海生态系统中，海草床作为重要的"蓝色碳汇"和生物栖息地，其生物量的准确评估对理解碳循环和生态系统功能至关重要。然而传统破坏性采样方法难以满足大尺度监测需求，且环境因素对生物量估算模型的影响长期被忽视。大西洋加拿大海域的鳗草(Zostera marina)群落呈现显著的环境梯度变化，从温暖浅水的低生产力区域到凉爽深水的高韧性区域，叶片形态和生物量积累存在明显差异，但环境变异如何影响非破坏性生物量估算模型尚不明确。

Fisheries and Oceans Canada的研究团队通过整合九处典型站点的环境参数与鳗草形态数据，创新性地将主成分分析(PCA)与生物量模型相结合。研究采集了水深、沉积物有机质、波浪暴露指数(REI)、温度指标（中值温度、日温差、最适温度区间占比）和光照参数（衰减系数K_d、底部光合有效辐射PAR）等环境变量，同时测量了第三叶片（最成熟叶片）的长度、宽度、干重以及样方内的枝条密度和覆盖度。通过计算机视觉分析（Bio-Image Indexing and Graphical Labelling Environment平台）量化覆盖度，建立了区域尺度和环境分组下的生物量估算模型。

3.1. 站点环境特征
PCA分析显示第一主成分(PC1)解释了48.1%的变异，深度和最适温度时间与中值温度呈反向关系。据此将站点分为三组：温暖浅水组（PH/L3F/PJ/FishP）、中间组（SacI.Sh/CresB/MasI）和冷凉深水组（Sambro.D/TH.Sh），其中温暖浅水组具有显著更高的温度压力和更低的光合效率。

3.3. 叶片异速生长关系
区域模型（所有站点合并）显示叶片长度与干重的幂律关系显著（R²=0.872），但温暖浅水组的叶片比预期更轻（平均低估29.1%）。引入环境分组后模型R²提升至0.946，MAE从26.4mg降至15.5mg。值得注意的是，中间组与冷凉深水组的差异不显著，最终简化为二分组模型（温暖浅水vs其他），其预测偏差显著降低（图4d）。

3.4. 覆盖度-生物量关系
区域模型显示覆盖度与地上生物量(AGBM)呈曲线关系（R²=0.612），但高覆盖度时不确定性显著增加（MAPE达73.9%）。环境分组模型揭示温暖浅水组的生物量积累速率更慢（R²=0.650），加入叶片长度协变量后模型改进（R²=0.720），表明覆盖度饱和后叶片伸长可能导致二者解耦。

这项发表于《Aquatic Botany》的研究首次系统量化了环境梯度对鳗草生物量估算模型的影响。温暖浅水条件下叶片更薄更脆的特性（可能与减少呼吸消耗的适应策略相关），导致异速生长模型的截距降低和覆盖度-生物量关系的斜率变化。研究提出的环境分组建模框架，将生物量估算的绝对误差降低了41%，为海洋植被碳储量评估、物种分布模型(SDMs)构建提供了方法论创新。特别是在气候变化背景下，温度上升可能导致更多区域呈现"温暖浅水"特征，该研究为生物量模型的动态修正提供了科学依据。未来研究可拓展至叶片厚度、断裂强度等形态功能性状的直接测量，以更精准解析环境-形态-生物量的级联效应。