揭秘鲑鱼洄游对生态供应链的影响：
太平洋鲑鱼大洲尺度的营养和污染物输送
迁徙动物通过移动大量的营养物质对接收食物网产生生态效益，但同时也可能携带污染物。鲑鱼的产卵迁徙是这一过程的典型例子，它们将海洋衍生的物质带到内陆生态系统，刺激当地生产力的同时增加了污染物的暴露。与上世纪相比，当前太平洋鲑鱼的种群数量和生物量更高，群落结构的重大变化可能改变营养物与污染物的运输比例。
尽管鲑鱼对生态系统的营养贡献已被广泛研究，但对其运输的污染物及其生态权衡的研究相对较少。因此，本文旨在通过结合营养物质和污染物的浓度数据，以及40年的鲑鱼洄游数据，定量分析群落结构变化对营养和污染物运输的影响。
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使用“
捕后洄游
”来指代逃避捕捞的鲑鱼，重点分析1976年至2015年期间的年洄游数量。数据主要来源于北太平洋的鲑鱼丰度数据，结合商业捕捞估计来推算洄游数量。
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通过
商业捕捞的总生物量
除以
总捕捞数量
来计算
特定物种的年平均体重
。
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通过将
物种特定的返回数量
乘以
平均体重
来计算
内陆和区域尺度上的物种特定洄游生物量
。
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估计了四种不同区域（BS（白令海）、CAK（阿拉斯加中部）、SEAK（阿拉斯加东南部） 和 BCWC（不列颠哥伦比亚省和美国西海岸）），五种太平洋鲑鱼（Chinook, chum, coho, pink, sockeye）的年洄游数量。
提取了鲑鱼组织中的营养物质（氮、磷、DHA、EPA）和持久性生物累积毒性（PBT）污染物（汞、PCB、DDT、PBDE）的浓度数据。这些数据来自科学文献和报告，涵盖了363个浓度估计，涉及6798条个体鲑鱼。
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使用贝叶斯广义相加模型（generalized additive model）来估计鲑鱼洄游生物量。
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使用广义线性混合模型（generalized linear mixed models）来估计不同物种的营养物和污染物浓度。
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在R软件中使用brms包拟合模型，并使用Hamiltonian Monte Carlo生成后验分布。
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通过模型预测与原始数据的对比以及后验预测检查来评估模型性能和拟合情况。
通过将鲑鱼洄游生物量的后验分布与化学物质浓度的后验分布相乘，使用蒙特卡洛抽样估计鲑鱼携带的营养物或污染物的运输量。
通过蒙特卡洛敏感性分析来确定鲑鱼洄游数量、平均个体重量和化学物质浓度对运输估计精度的相对重要性。
野生动物暴露估计
估算了白头海雕（Haliaeetus leucocephalus）对汞的潜在暴露，基于其在北美西海岸的种群数量和鲑鱼的汞输入量。
人类暴露风险效益
计算了鲑鱼补贴对人类消费者的潜在影响，评估了食用鲑鱼的健康益处与污染物风险之间的比率。
图注：a 是5个物种随时间的总洄游生物量、营养物总量以及污染物总量，彩色图片代表的是不同物种随时间变化的情况（其中75%的置信区间通常在样本有限的情况下的选择，该研究中总数是800，可能有些物种数量比较少）
从上图可以看到营养物和污染物的变化趋势与生物量变化基本一致。而图C通过对各种动物和机制的N、P通量进行比较，发现本研究的估计是生物载体对大规模营养分布贡献量较大的一种。
另从补充材料中的数据可知，细鳞鲑、红鲑和鲑占太平洋鲑鱼的95%以上，仅细鳞鲑就占太平洋鲑鱼捕捞后总量的一半以上，红鲑和鲑分别占22%和15%。其负载的营养物和污染物分别为35%、26%、26%。本研究所关注的营养物主要是N、P和鱼油藻油中的Omega-3不饱和脂肪酸，污染物主要关注的是汞（Hg）、多氯联苯（PCBs）、二氯二苯三氯乙烷（DDT）、多溴联苯醚（PBDEs）。
上文提到，太平洋鲑的种群数量有所变动，这是由于1977年海洋政权的转变和孵化场产量的扩大导致。这也是本文将重点放在1976年至2015这40年间的原因。该估计表明，2015年的年总回报生物量比1976年增加了约75000 t(32%)，而营养物+污染物总输入量增加约3400t。这其中可能的因素包括个体体型、物种类型和数量，通过分析发现洄游数量和化学浓度是最重要的变量，而化学浓度参数与物种类型有关。
（注：本研究参考的化学浓度不具有很强的时效性，因为参考的大部分研究报告是基于多年的平均值所计算的，很少有单一地区或单一鱼类的长期数据）
由上图补充材料，可以发现这五种鲑鱼的个体体型都在变小，但营养物质和污染物的总输送量仍在增加。这是由于数量弥补了提醒的减小，总生物量依旧是上升趋势。
图注：不同物种的营养物和污染物的总运输趋势，实线表示后中位数，阴影表示75%的后验可信区间；营养物和污染物的特定物种比例运输
上图结果说明群落中特定物种的比例的变化可以改变营养物和污染物的运输，据该研究估计，这四十年间鲑鱼来源的营养物质+污染物增加量约80%。细鳞鲑导致了更高比例的营养物质输入。
淡水产卵场的分布影响着鲑鱼中营养物质和污染物的分布情况，而不同地区太平洋鲑鱼群落结构以及涉及的迁徙路线范围各不相同。
按区域来看，营养+污染物运输量在2,800 t / yr和4,700 t / yr之间变化。该研究考虑了区域洄游丰度和鱼的大小的变化，估计每条鱼每年营养+污染物运输的中位数在BS最高（每条鱼每年0.16 kg），其次是BCWC （0.15 kg）, CAK （0.11 kg）和SEAK （0.097 kg）。红鲑为BS贡献了56%的营养+污染物，而细鳞鲑为CAK和SEAK输送了最多的营养+污染物（分别为45%和72%）
此外，在这四个区域内，不同种鲑鱼洄游也引起的营养物质和污染物各自的变化。
生活史与营养级的不同导致鲑鱼输送的营养物质与污染物的比率的差异。营养物浓度大约与鱼的大小成正比（即以体重的百分比表示），而PBT（持久生物累积毒性）污染物的浓度预计会随着鱼的大小和营养地位（即生物积累和生物放大）而增加。
大鳞鲑是太平洋鲑鱼群落中最大、最古老、营养地位最高的物种。因此，它们的PBT污染物浓度最高，营养物量也最多。它们的污染物负荷（每条鱼毫克）在五种太平洋鲑鱼中也是最高的。细鳞鲑相对较小，较年轻，在这些物种中处于最低的营养水平，污染物负载也最低。与营养水平最高的三种鲑鱼相比，细鳞鲑每毫克污染物输送的营养物质是它们的两倍多。
右图代表各物种负载物的相对贡献，负值表示一个物种数送的污染物比营养物更多，正值则相反。这与营养级和在海洋中生活的时间正相关。
该研究还通过对白头海雕和人的暴露风险研究发现，假设所有大约65,000只秃鹰都摄入了相同比例的鲑鱼，如果它们摄入了运输汞的1%，它们将分别积累1.06毫克汞，其全身汞浓度将达到每公斤湿重0.20毫克汞，血液汞浓度约为每公斤湿重0.24毫克汞，刚刚超过对鱼食性鸟类产生不良健康影响的最低浓度，但低于生殖损伤的中度或高风险类别。
相比之下，白头海雕如果分别吸收了运输汞的7%、10%和14%，则达到中等、高和严重生殖损害风险的浓度。由此可见，即使是很小比例的鲑鱼衍生污染物暴露也可能与上层营养级消费者的毒理学相关，这反映了储存在鲑鱼组织中的污染物具有生物可利用性，并可被捕食者有效吸收。
而通过借鉴公共卫生文献中的标准方法，通过计算非癌症风险-收益比，考虑食用鲑鱼衍生的长链omega-3脂肪酸与本研究中包含的污染物之间的潜在人类健康权衡。所有物种的得分都<1，表明食用太平洋鲑鱼对人类有净效益。与早期的研究结果基本一致，细鳞鲑、红鲑和鲑鱼的相对收益最大，而大鳞鲑的消费风险最高。
