体型与温度对亚热带珊瑚礁鱼类摄食率的个体至种群级缩放效应及其生态意义

本综述创新性地结合代谢生态学理论（MTE）与实验室实验，揭示了亚热带珊瑚礁鱼类Scartella cristata的摄食率随体型（异速缩放指数α=0.59）和温度（表观活化能E=0.76 eV）的变化规律，并通过种群结构数据模拟预测：未来2.5℃升温将使种群摄食压力提升25%-28%，表明温度效应远强于体型变化的影响，为气候变化下珊瑚礁生态系统能量流动预测提供了关键理论框架。

　　

引言

食物消耗是动物能量预算的核心过程，为生存、生长和繁殖提供能量与营养基础。尽管其生态意义重大，摄食率的研究却远少于代谢率，主因移动生物（如鱼类）的测量难度较高。对于变温脊椎动物，体型和环境温度共同调控代谢与生长等生理过程，但摄食率的异速缩放关系仍缺乏实证检验。本研究以代谢生态学理论（MTE）为框架，通过实验量化亚热带礁岩鱼类Scartella cristata的摄食率如何受体型与温度影响，并推演至种群水平，评估未来气候变暖对异养代谢压力的潜在约束。

理论与假说

MTE指出，生理速率（如摄食率C）可表述为体型（质量M）和温度（T）的函数：C = C₀M^αf(T)，其中α为质量缩放指数，f(T)采用玻尔兹曼-阿伦尼乌斯方程刻画温度依赖性：f(T) = exp[?E/k(1/T ? 1/T_ref)]，E为表观活化能（eV），k为玻尔兹曼常数（8.62×10^?5 eV/K）。

假说H1：由于S. cristata为底栖二维觅食者，其摄食率应呈现亚线性缩放（0 < α < 1）。假说H2：其摄食率的温度依赖性应与代谢率相近（E ≈ 0.6 eV）。基于此，推论C1提出：温度小幅上升对种群消费压力（C_pop）的影响将强于体型结构变化。

材料与方法

实验选用亚热带礁岩常见物种S. cristata（鲇形目：鳚科），其分布广、密度高（达10尾/m2），以碎屑和丝藻为主食，构成珊瑚礁初级生产的关键 trophic 环节。研究地点为巴西阿劳阿尔多卡布（Arraial do Cabo）的Praia Grande礁岩区，该处受上升流影响，水温年变幅达16–26℃，日波动可达6℃。

实验设计涵盖52尾个体（体重0.40–27.13 g），在6个温度（18、20、22、24、26、28℃）下测量摄食率。饵料为海藻沙丁鱼琼脂颗粒，实验前个体 acclimatized 21℃至少72小时。温度以1℃/小时渐变，目标温度维持15小时后投饵，5小时后称重计算消耗量（扣除对照组水分变化）。

采用贝叶斯多层次模型拟合对数化方程：ln(C) = ln(C_0,i) + α ln(M) ? E_i/k (1/T ? 1/T_ref) + ε，其中C_0,i和E_i允许个体间变异。使用brms包（R语言）估计后验分布，以95%最高密度区间（HDI）评估参数，并通过区域实际等价性（ROPE）检验假说。

种群消费压力计算结合2022年野外调查（15条5m2样带）的体型结构与卫星海表温度数据，模拟未来情景：温度升至2050年预期值（+2.5℃），体型减小4%（温度-体型法则），对比历史数据（2008年）评估变化比率。

结果

假说检验

摄食率与体型和温度显著相关（R2=0.81）。质量缩放指数α=0.59（95% HDI: 0.49–0.69），完全落入ROPE（0<α<1），支持h1——证实二维觅食策略导致亚线性缩放。表观活化能e=0.76 ev（95% hdi: 0.61–0.91），69%后验概率落入rope（0.4–0.8 ev），但31%高于0.8>

推论验证

模拟显示，单纯体型减小4%使种群消费压力降低2.4%（C_size比率均值0.98）；单纯升温2.5℃则提升28%（C_temp比率1.28）；二者叠加仍增25%（C_both比率1.25）。对比2008与202年数据，尽管温度相近，但因种群丰度下降，消费压力降低4–6%（C_data比率0.94–0.96），突显丰度对种群级效应的关键作用。

讨论

S. cristata的摄食率缩放指数（α=0.59）低于跨物种均值（0.75），但契合二维觅食底栖鱼类的预期，与攻击率 meta 分析（0.58）一致。温度依赖性（E=0.76 eV）高于代谢率典型值（0.6 eV），但与其他生理速率研究相符。若考虑热适应导致E升高（如1.06 eV），消费压力增幅可达42%，加剧气候变暖对能量平衡的威胁。

种群模拟表明，温度上升的主导效应远强于体型变化：消费压力增长25–28%源于温度直接刺激摄食率，而体型减小仅带来微弱抵消。然而，野生种群中丰度波动（如2022年较2008年下降）可能掩盖温度效应，实际消费压力可能下降。未来需整合密度依赖性、初级生产变化及物种适应策略，以精准预测珊瑚礁生态系统功能。

结论

本研究通过MTE框架量化了体型与温度对摄食率的联合效应，并成功缩放至种群水平。实验证实亚热带礁鱼摄食率呈亚线性缩放与强温度依赖，模拟提示气候变暖可能显著提升种群消费压力，加剧异养代谢对初级生产的约束。该模型为预测气候变化下生态系统能量流动提供了可推广的理论工具，强调需关注种群结构（丰度、体型）与温度响应的交互效应。