气候变化情景下Hoplias malabaricus（雀鲷目，红鱼科）的生态位建模

《Ecology and Evolution》：Ecological Niche Modeling of Hoplias malabaricus (Characiformes, Erythrinidae) Under Climate Change Scenarios

栖息地损失与适应性挑战：基于气候情景的淡水鱼类分布模型研究，通过MaxEnt模型分析发现，气候变化下H. malabaricus的栖息地呈现区域分化，低排放情景下适宜区扩大但质量下降，高排放情景下整体缩减42%，Marajó岛优质栖息地丧失75.4%。关键驱动因素包括温度波动（BIO4）和海拔梯度（DEM），其中SSP5-8.5情景下生物多样性保护压力显著增加。

　　淡水生态系统对气候变化极为敏感，而淡水鱼类作为这些生态系统的重要组成部分，其生存受到气候条件的显著影响。由于淡水鱼无法像陆地生物那样自由迁移，它们在面对气候变化时更容易受到环境变化的冲击。因此，理解气候变化如何影响淡水鱼的分布，对于预测生物多样性变化趋势和制定有效的保护措施至关重要。本研究聚焦于南美洲一种具有重要生态和渔业价值的广布性淡水捕食者——*Hoplias malabaricus*（俗称trahira），利用生态位模型（SDMs）评估其在当前及未来气候条件下的潜在分布情况。我们选择了亚马逊、托坎廷斯-阿拉瓜亚、圭亚那盾牌、巴西大西洋沿岸以及马腊约岛等流域，这些区域涵盖了该物种的当前分布范围。研究结果揭示了不同流域对气候变化的不同响应模式，并指出了其长期生存所面临的风险。

### 气候变化对物种分布的影响

淡水鱼类的生存和繁衍高度依赖于水温、溶解氧水平和季节性水文变化。因此，气候变化可能导致其栖息地的改变，从而影响种群的稳定性和分布范围。在本研究中，我们采用了MaxEnt模型，这是一种基于最大熵原理的生态位建模工具，已被广泛应用于评估物种对环境变化的响应。我们使用了来自WorldClim v2.1数据集的19个生物气候变量，以及一个代表地形稳定性的数字高程模型（DEM）。这些变量反映了年际变化趋势，并在空间分辨率上达到30弧秒（约1平方公里）。

在模型构建过程中，我们首先进行了方差膨胀因子（VIF）分析，以识别并排除高度相关的变量，从而提高模型的准确性和可靠性。最终模型包含了十个变量，其中地形和温度季节性（BIO4）是最具影响力的两个变量。地形变化对鱼类的分布具有重要影响，因为高程决定了水流速度、洪水泛滥范围和栖息地的连通性。而温度季节性则反映了鱼类对季节性温度波动的适应能力。这些变量的综合影响使得模型在不同气候情景下均表现出良好的预测能力，其AUC值（接收者操作特征曲线下的面积）均超过0.9，表明模型在区分适宜和不适宜栖息地方面具有高度准确性。

### 不同气候情景下的分布变化

研究结果表明，随着气候条件的变化，*H. malabaricus*的适宜和高度适宜栖息地的面积和空间分布将发生变化。在当前气候条件下，适宜栖息地的面积约为63,870平方公里，高度适宜栖息地则为39,915平方公里。而在低排放情景（SSP1–2.6）下，适宜栖息地的面积增加约9.8%，达到70,147平方公里，而高度适宜栖息地则减少约16.8%，降至33,217平方公里。这种变化可能意味着在某些区域，虽然适宜条件有所扩展，但最理想的环境可能变得更加稀少。

相比之下，在高排放情景（SSP5–8.5）下，适宜和高度适宜栖息地的面积分别减少33.1%和40%，达到42,766平方公里和23,936平方公里。这一趋势表明，极端气候条件可能会导致栖息地的显著收缩和退化，尤其是那些原本最适宜生存的区域。这可能对种群的生存构成威胁，特别是当鱼类的迁移能力不足以弥补环境变化带来的影响时。

### 不同流域的响应差异

研究还发现，不同流域对气候变化的响应存在显著差异。例如，在亚马逊流域，适宜栖息地的面积在SSP1–2.6情景下增加了75.4%，而在SSP5–8.5情景下则减少了27.6%。高度适宜栖息地在SSP1–2.6情景下略有增长，但在SSP5–8.5情景下减少了24.5%。这表明亚马逊流域可能在一定程度上具有适应能力，但其生存仍然受到气候变化的挑战。

在巴西大西洋沿岸流域，适宜栖息地的面积在SSP1–2.6情景下减少11.5%，在SSP5–8.5情景下减少28.4%。高度适宜栖息地的面积也显著下降，分别减少了27.3%和39.2%。这可能意味着该地区的适宜环境正在逐渐消失，尤其是在缺乏保护措施的情况下。

圭亚那盾牌流域的适宜和高度适宜栖息地在SSP1–2.6情景下分别减少了17.5%和10%，而在SSP5–8.5情景下则进一步减少至60.3%和63.8%。这一结果反映了该地区对气候变化的高度敏感性，同时也突显了其生态隔离的脆弱性。

马腊约岛的适宜栖息地在SSP1–2.6情景下减少了10.7%，而在SSP5–8.5情景下则增加了14.3%。然而，高度适宜栖息地在SSP1–2.6情景下减少了85.1%，在SSP5–8.5情景下减少了75.4%。这种变化可能表明，虽然该岛的某些区域可能变得更加适宜，但整体上其高度适宜环境的损失更为严重。

托坎廷斯-阿拉瓜亚流域则表现出不同的趋势。在SSP1–2.6情景下，适宜栖息地的面积增加了102.8%，而高度适宜栖息地增加了82.2%。然而，在SSP5–8.5情景下，适宜栖息地的面积减少了15.4%，高度适宜栖息地减少了50.4%。这表明该流域在低排放情景下可能具有一定的适应潜力，但在高排放情景下，其适宜环境将面临较大的挑战。

### 生态和保护意义

尽管*H. malabaricus*表现出一定的生态适应能力，例如对温度季节性和水文变化的耐受性，但气候变化可能会对其长期生存构成威胁。尤其是在高度隔离的流域，如圭亚那盾牌和马腊约岛，适宜栖息地的减少可能会导致种群的分裂，进而增加局部灭绝的风险。此外，栖息地的连通性下降可能影响鱼类的迁移和基因流动，这对其种群的遗传多样性和生态韧性具有重要影响。

在巴西大西洋沿岸流域，尽管该地区面临严重的森林砍伐和保护不足，但其高度适宜栖息地的面积仍然较大，表明该区域可能成为未来的气候避难所。因此，有必要在这些地区实施针对性的保护措施，以减少气候变化带来的影响。

### 研究的局限与未来方向

尽管本研究的结果具有重要意义，但也存在一些局限性。首先，气候预测模型在不同全球气候模型（GCMs）之间可能存在差异，这会影响我们对未来环境变化的准确判断。其次，本研究假设物种分布与环境变量之间处于平衡状态，而未考虑物种的迁移能力、生物相互作用或潜在的进化适应。此外，模型的构建依赖于当前的分布数据，这可能引入样本偏差，尤其是在调查不足的地区。

因此，未来的保护策略应结合生态位模型与景观连通性分析，并利用长期监测和遗传数据来验证模型的准确性。这将有助于更全面地评估气候变化对淡水鱼类的影响，并制定更具针对性的保护措施。

### 总结

本研究揭示了气候变化对*H. malabaricus*分布和栖息地适宜性的潜在影响。尽管该物种具有一定的生态适应能力，但在高排放情景下，其适宜和高度适宜栖息地的面积将显著减少，尤其是在生态隔离严重的流域。为了确保该物种的长期生存，必须采取有效的保护措施，包括建立生态走廊、加强栖息地管理以及减少人类活动对其生存环境的干扰。这些措施将有助于维持种群的连通性，提高其对气候变化的适应能力，并保护其遗传多样性。