顶级捕食者的恢复会对植被生态系统产生级联效应,但这个问题存在争议。本研究将观测和实验数据相结合,在美国河口湿地,发现当海獭未定居时会导致栖息
地和生态系统服务的严重损失,当海獭重新定居时会产生一种营养级联
,促进沿海湿地植物的生物量增长,并抑制沼泽边缘侵蚀。
结果表明,营养降级可能是沿海湿地丧失的一个重要但未被充分重视的因素,恢复顶级捕食者有助于重建地貌稳定性。
高营养污染和与海平面上升,叠加潮汐增加的综合影响是盐沼边缘高侵蚀的3个关键驱动因素。然而,研究者对湿地的初步观察表明,食物网过程也可能起作用。
在埃尔霍恩斯洛寒冷的河口水域,海獭消耗的体重超过其获取食物重量的25%(约10 kg猎物)以维持足够的代谢功能。在沼泽潮溪中,海獭的觅食主要集中在无脊椎动物上,包括滨蟹Pachygrapsus crassipes(以下简称滨蟹),
并消耗该地区主要的盐沼植物pickleheed(Saliconia pacifica)。与其他盐沼生态系统中的穴居草食性螃蟹类似,滨蟹可能是导致盐沼潮沟不稳定的关键因素(图1d),因为滨蟹的密度相对较高,包括潮沟(每平方米0-7只)。
研究者假设,海獭在高密度觅食的潮沟中,正在产生一种营养级联,通过抑制沼泽河岸上大量的穴居草食性螃蟹,间接减少河岸侵蚀和盐沼损失。因此,预测海獭的恢复会增强生态系统对人类活动释放的侵蚀力的抵抗力。
使用
4种互补的方法
来检验假设:
1)
分析观测几十年海獭丰度与整个河口盐沼横向侵蚀之间关系的变化趋势;
2)
基于3年控制实验,清除5条潮汐小溪中的海獭,观测沼泽边缘效应;
3)
基于实验,对海獭扩张前后的时间序列进行分析,检查海獭密度、海獭对岸蟹的消耗以及潮汐小溪子集的横向沼泽边缘侵蚀;
4)
进行同一潮溪亚群中海獭丰度、滨蟹消耗量和横向沼泽边缘侵蚀的空间分析。
1937年至2000年间,潮汐小溪以每年0.09米的速度加宽,2000年代初加宽速度增加到每年0.35米,然后在2008年至2018年间再次下降到每年0.10米。如图一所示。
图一
2000年初观察到了河岸侵蚀的峰值,2005年至2018年间,河口的海獭密度迅速增加,同时侵蚀减少。如图二所示。
图二
贝叶斯模型发现,从1992年左右开始,海獭和小溪岸侵蚀之间关系与海獭抑制小溪扩张的结果一致。沼泽侵蚀率随着时间的推移而下降,这种变化与海獭的增加有关,这表明对这一地质过程的营养控制是有用的。如图三所示。
图三
基于埃尔霍恩-斯洛河口区域的五条潮汐小溪为期三年(2013-2016)的捕食者排除实验。
证实,沿着沼泽边缘觅食的海獭产生了一个营养级联,促进了沼泽地上和地下植物的生物量,并增加了土壤体积密度——这些因素会影响溪流库的可侵蚀性。
图四
可能有2种机制使密度更高的滨蟹增加了对沼泽河岸的侵蚀。如图四所示,首先,滨蟹通过洞穴挖掘沉积物——沼泽植物赖以根茎生长、营养交换和河岸稳定的物质。其次,通过吃掉沼泽植物的根——实验室饲养实验证实了这一过程——滨蟹消除了主要负责控制沼泽溪流库结构完整性的植物特性。
尽管研究表明地上植被也受到滨蟹干扰的影响,但这可能更多的是地下物种相互作用的结果。通过实验减少盐沼边缘植物地下生物量的研究表明,这种减少会导致沼泽边缘的横向侵蚀率增加。如图五所示。