最大化河狸（Castor canadensis）生态修复潜力：提升内华达山脉地区火灾韧性与水资源储存能力的综合研究

本文系统评估了北美河狸（Castor canadensis）在内华达山脉地区的生态修复潜力，通过Beaver Restoration Assessment Tool（BRAT）模型量化其筑坝能力对地表水储存（1.2亿m3）和火灾抵抗力（2200 km2）的贡献。研究揭示了当前筑坝容量仅为历史水平的51%，并识别出5个兼具干旱与火灾高风险的高优先级流域，为基于自然的气候解决方案（Nature-based Climate Solutions）提供了关键科学依据。

　　

引言

北美河狸（Castor canadensis）作为关键物种和生态系统工程师，通过筑坝行为显著改变物理环境，对全球变化压力下的景观韧性产生级联效应。历史上北美河狸种群数量因皮毛贸易大幅下降，当前种群规模仅为历史水平的10%-40%。随着加州干旱和野火风险加剧，河狸在减缓这些压力方面的作用日益受到重视，其恢复工作被视作基于自然的气候解决方案。

研究方法

研究区域

研究聚焦加州内华达山脉地区，涵盖31个USGS水文单元（HUC-8）流域。该区域具有冬湿夏凉的气候特征，植被类型随海拔变化，从高山草甸、松林到落叶橡树林不等。尽管河狸历史上广泛分布，但当前种群数量极低，仅存在零星群落。

建模框架

采用河狸恢复评估工具（BRAT）模型，整合地形、水文、植被和土地利用空间数据集，通过模糊推理系统估算历史与当前河狸筑坝能力。模型使用10米数字高程模型（DEM）、国家水文数据集（NHD）和Landfire植被数据，区分常流河与间歇河流，排除短暂性河流。

潜在地表水储存估算

基于BRAT输出的筑坝能力，采用Scamardo等人开发的三角棱柱法估算河狸池塘地表水储存量。假设坝高1米，池塘宽度等于河道宽度，通过国家水力几何关系计算河道宽度。同时使用标准化累积赤字（NDC）量化各流域干旱风险。

火灾韧性评估

利用270米分辨率的野火危险潜力（WHP）栅格数据评估火灾风险，将WHP＞2000的区域定义为高风险区。通过叠加高火灾风险区与高筑坝能力（＞5座坝/公里）的河流段，量化河狸可能带来的火灾抵抗面积。

流域优先级划分

综合水资源短缺（NDC＞1）和高火灾风险（＞20%区域WHP＞2000）识别高风险流域。进一步分析这些流域中河狸相关水储存与火灾抵抗效益的重叠区域，确定恢复优先级。

不确定性与偏差

BRAT模型可能低估河狸筑坝能力，尤其在洪泛区或支流等未纳入河流网络的区域。初步验证表明模型在加州低估约50%。水储存和火灾抵抗效益的估算均采用保守假设，可能代表潜在效益的下限。

结果

筑坝能力的历史变化

研究表明，内华达山脉地区历史上可支持89.7万座河狸坝，当前仅能支持44万座（51%历史水平）。所有流域均出现显著下降，主要归因于农业和城市发展导致的植被变化。

潜在效益评估

河狸坝可能储存1.2亿m3地表水，相当于莫诺湖（Mono Lake）水量的4%。同时可在高风险区创造2200 km2的火灾抵抗面积，超过2024年帕克火灾（Park Fire）的过火面积。高水储存潜力多集中于低海拔、宽而低坡度的河流，而非筑坝能力最高的源头溪流。

优先级流域识别

识别出10个兼具高水资源短缺和高火灾风险的流域，其中5个流域（Upper Yuba、Upper Bear、South Fork American、Upper Mokelumne、Upper Cosumnes）具有最高的水-火协同效益潜力，这些流域多位于内华达山脉西坡。

讨论

筑坝能力的持久性

尽管土地用途变化导致植被适宜性下降，所有流域仍保留显著筑坝潜力。高容量区域多集中于受保护的高海拔源头溪流，而中央河谷等农业区域容量为零。值得注意的是，23%的水储存和53%的火灾抵抗潜力位于间歇性河流上，河狸活动可能将这些河流转化为常流河。

水储存与火灾抵抗效益

河狸池塘的实测储水量与模型估算一致，但本研究未包含地下水储存部分（文献显示可达地表水的2.4倍）。火灾抵抗效益的估算极为保守，因任何数量的河狸活动均可提升韧性，且抵抗范围常超出河道区域。

其他优先考虑因素

河狸工程对湿地物种（如濒危的内华达山脉黄腿蛙Rana sierrae和加州虎螈Ambystoma californiense）具有显著益处，同时增强碳储存、沉积物截留和生态系统韧性。研究发现大部分高潜力区域位于私有土地上，凸显与 landowners 合作的重要性。牲畜放牧是河狸恢复的主要障碍，需要通过可持续放牧方式或放牧权转让促进 riparian 生态系统恢复。

结论

研究证实河狸恢复在内华达山脉地区具有巨大潜力，可同时应对水资源短缺和野火风险。识别出的5个高优先级流域为实施基于自然的气候解决方案提供了科学依据，表明野生动物恢复可显著增强区域气候韧性。