动物所合作团队明确大尺度气候对动物种群动态具有广泛影响

【字体: 时间:2022年08月13日 来源:中国科学院动物研究所

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  随着气候变化和人类活动不断加剧,人类社会正面临一系列生态危机和挑战,如物种灭绝、资源枯竭、有害生物暴发、动物疫病流行等。研究和揭示大尺度气候对动物种群时空动态的影响,对于应对和缓解气候变化的生态影...

  

  随着气候变化和人类活动不断加剧,人类社会正面临一系列生态危机和挑战,如物种灭绝、资源枯竭、有害生物暴发、动物疫病流行等。研究和揭示大尺度气候对动物种群时空动态的影响,对于应对和缓解气候变化的生态影响与后果至关重要。

  过去有关气候变化对动物种群的影响研究大多局限于小尺度、局地性气候(如温度、降水等)的作用,但不能很好地解释许多动物大范围、同步发生的现象。1924年,Elton曾提出某种大尺度气候(如太阳黑子、火山喷发)可能驱动了北欧旅鼠和田鼠、北美雪兔和猞猁等种群的大范围周期波动,但这一大尺度气候假说一直未得到证实。

  上世纪90年代,新的大尺度气候因子如厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)、北大西洋涛动(NAO)被认识。ENSO是指赤道中东太平洋海温异常升高(反之为拉尼娜)现象,导致了太平洋热带地区的大气环流和气候异常。NAO是指冰岛和亚速尔的气压差变化现象,影响北大西洋西风的方向及强度,导致北美、欧洲的气候异常。近30年来,有关厄尔尼诺、北大西洋涛动对动物种群动态影响的研究逐渐得到深入和积累,但其对不同地域、不同类群动物种群的影响是否存在差异?以及其内在的生态学机制和过程是什么?等诸多问题仍不清楚。

  中国科学院动物研究所张知彬研究员领导的科研合作团队通过检索并整理大量文献,对561种动物的研究数据进行了数理统计和模型分析,明确了ENSO、NAO对动物种群影响具有广泛性,其影响涉及鸟、兽、两爬和昆虫等类群、遍布全球各大洲(图1)。

  在类群上,在ENSO正时相(厄尔尼诺期),更多兽类和昆虫种群有上升趋势,更多鸟类种群在NAO正时相有增多趋势。在作用强度上,厄尔尼诺正时相对昆虫的影响显著,而NAO正、负时相分别对兽类、昆虫的影响显著(图2)。有81种动物种群与ENSO或NAO存在兼具正负作用的非单调关系。

  在地域上,ENSO对动物种群的影响覆盖了传统气候理论认为的地理区域(太平洋热带地区),但该研究发现ENSO对动物的影响大大超出了其核心范围,可远至北大西洋及欧洲地区。NAO对动物种群的影响局限在北美和西欧,与气候理论认为的区域相符。

  与小尺度气候假说不同,大尺度气候假说中的ENSO、NAO通过影响大气环流、洋流来改变局地小气候,进而通过食物资源、栖息地、种内和种间相互作用等直接、间接作用来影响动物种群(图3)。未来大尺度气候生态学研究要侧重上行级联效应(bottom-up chain effects)、生态缓冲效应(ecological buffers)、波动同步效应(synchronizers of cycles)、非单调效应(non-monotonic effects)等。生态缓冲效应、非单调效应可能影响气候变化的时空同步性。另外,ENSO、NAO的信号往往早于小尺度气候及动物种群变化,故其可作为有害生物控制、濒危动物保护、资源动物管理的早期预警信号,但这方面机制性的研究仍待加强。

  该研究于2022年8月以" Broad-scale climate variation drives the dynamics of animal populations: a global multi-taxa analysis "为题发表于Biological Reviews上,中国科学院动物研究所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室万辛如助理研究员为第一作者,张知彬研究员为通讯作者,来自加州大学、斯特拉斯堡大学、斯坦福大学、不列颠哥伦比亚大学、奥斯陆大学的研究人员参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金重大项目(32090021)、“一带一路”国际科学组织联盟(ANSO)项目(ANSO-CR-KP-2020-08)、中科院先导项目(XDB11050300)、国际动物学会BCGC等基金、项目的支持。

  全文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/brv.12888

  WAN, X., HOLYOAK, M., YAN, C., LE MAHO, Y., DIRZO, R., KREBS, C. J., STENSETH, N. C. & ZHANG, Z. (2022). Broad-scale climate variation drives the dynamics of animal populations: a global multi-taxa analysis. Biological Reviews.

图1. ENSO、NAO影响兽类、鸟类、昆虫及两爬类种群动态的地理范围。(自Wan et al. 2022, Biological Reviews)

图2. ENSO、NAO影响兽类、鸟类及昆虫种群动态的强度。(自Wan et al. 2022, Biological Reviews)

图3大尺度气候通过局地小气候影响动物种群的作用路径(A)及相关机制(B)。(自Wan et al. 2022, Biological Reviews)

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