Nature | 顶级捕食者如何减少海岸侵蚀？

文摘 2024-10-23 22:21 上海

顶级捕食者的恢复

减缓了沿海湿地生态系统的地貌衰退

研究背景

地球上几乎每一个生态系统都有顶级食肉动物数量减少的记录。保护行动已经使一些顶级食肉动物得以恢复，许多食肉动物正在非典型生态系统中定居，而这些生态系统曾被认为远远超出了它们的生存空间（例如，珊瑚礁上的鳄鱼、草原上的山狮和牡蛎礁上的河獭）。

由于持续的保护努力和气候变化的影响，许多生态系统中大型食肉动物的多样性和丰度可能会出现类似的增长，而气候变化会改变食肉动物的分布。了解和预测捕食者重新进入预期的和意外的生态系统的影响，是生态学和保护工作面临的一大挑战。但是，顶级食肉动物是否是这些生态系统变化的真正驱动力还存在争议，需要进一步的实验进行研究分析。

盐沼是一种适合进行实验研究与观测研究的特殊区域，且其许多区域经历了顶级食肉动物的恢复。在富营养化条件下，盐沼植物会将资源从地下的土壤稳定组织转移到地上的光捕捉叶片和茎上，从而导致潮沟边缘的侵蚀率增加，邻近盐沼的侧向损失也相应增加。

对全球河口营养负荷和盐沼边缘侵蚀的评估表明，这些过程无处不在，河口营养负荷的增加是全球盐沼广泛、加速和往往永久性丧失（即 "地貌衰退"）的主要自下而上的驱动因素。

实验设置

作者假设，在海獭高密度觅食的潮沟中，海獭会产生营养级联效应，通过抑制盐沼潮沟穴居食草蟹的数量，间接减少河岸侵蚀和盐沼损失。并设计四种互补的方法来验证假设，以预测海獭的恢复会增强生态系统对人类活动造成的侵蚀的抵抗力。

该研究测试顶极食肉动物（海獭）的恢复对美国加利福尼亚中部Elkhorn Slough河口的植物结构和地貌稳定性（即潮沟的侧向侵蚀）的影响。

十年变化趋势

•结果

1.1937年-2000年，潮沟的加宽率为每年0.09 m；2000-2007年，加宽率增至每年0.35 m；2008-2018年，降至每年0.10 m

2.潮沟侵蚀的高峰期在2000年代初，与1997-1998 年厄尔尼诺现象发生后Elkhorn Slough和更大的蒙特雷湾地区海獭数量的减少相吻合。此后，在侵蚀减少的同时，2005年-2018年间河口的海獭密度迅速增加

3.海獭与潮沟侵蚀之间关系的贝叶斯建模结果与海獭抑制潮沟拓宽的结果一致，该建模捕捉到了海獭从1992 年左右开始在河口的大规模种群扩张。据模型假设，大约100 只海獭与潮沟加宽率从0.38 m/年降低到0.10 m/年有关，每引入一只海獭对潮沟稳定的影响递减

小结

尽管已知驱动Elkhorn Slough盐沼潮沟侧向侵蚀的因素持续增加，但盐沼侵蚀率却随着时间的推移不增反减--这种变化与海獭的增加相关，表明对这种地质过程的营养控制是可能的。

捕食者排除实验

a：实验样点

b：实验设置（左图为排除海獭处理组，右图为对照组）

•结果

1.排除海獭后，蟹洞密度增加，对照区域没有变化

2.排除海獭后，岸蟹密度增加了 68%，且海獭排除区的岸蟹密度要高于对照样地

3.排除海獭后，植物地上生物量减少了 48%；植物地下生物量减少了 15%；沉积物体积密度减少了 8%

小结

在潮沟觅食的海獭会产生营养级联，促进盐沼植物地上和地下生物量的增加，并提高土壤体积密度——这些因素已知会影响潮沟可侵蚀性。

扩张前后时间对比

•两时期特征：

1.相比扩张前时期，扩张后海獭数量增加了 106%；2013—2016年为主要扩张期

2.在2000年代中期之前，海獭很少在潮沟觅食，但到2013年，海獭在潮沟广泛觅食

•结果：

1.海獭扩张后，丰度增加

2.海獭扩张后，对岸蟹的捕食率增加

3.海獭扩张后，潮沟侧向侵蚀率降低

小结

海獭可以通过减少侧向侵蚀而减少河口盐沼损失。

空间对比

•结果：

1.海獭的丰度与海獭对岸蟹的日均捕食量呈正相关

2.盐沼植物的地下生物量与海獭对岸蟹的日均捕食量呈正相关

3.潮沟侵蚀率与海獭对岸蟹的日均捕食量无显著相关性（从分析中剔除离群点后，两者之间的关系仍然显著，离群点样地不仅有高密度的海獭，还有高密度的港海豹，后者在盐沼河岸上的出现似乎会增加侵蚀率，造成离群点）

小结

海獭捕食与河岸侵蚀间存在空间上的反向关系。

自海獭这种顶级捕食者重新定居河口以来，由海獭发起的营养级联已经出现，通过抑制岸蟹筑穴、啃食盐沼植物根系减缓了潮沟侧向侵蚀。

在以恢复植物生态系统、抑制食草动物加剧的侵蚀和提高生态系统对富营养化的恢复能力为目标时，将捕食者的保护和恢复纳入管理行动可能非常重要。

END

参考文献：Hughes, B.B., Beheshti, K.M., Tinker, M.T. et al. Top-predator recovery abates geomorphic decline of a coastal ecosystem. Nature 626, 111–118 (2024).

汇报人：崔耀楠 52283904034

王梦媛 51273904051

指导老师：姜晓东

本文来源于2024年“水生生物学原理与进展”课堂讨论。

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MTc3NDA4NQ==&mid=2247494455&idx=1&sn=8df816200dd381e134217a0546761707

生命的智慧

华东师范大学课程《海洋与生命》《水生生物学》《动物学》和《水生生物学原理与进展》师生们的学习感悟。

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