大西洋蓝蟹（Callinectes sapidus）在欧洲盐沼中的入侵动态与管理：以西班牙加的斯湾为例

《Marine Pollution Bulletin》：Invasion dynamics and management of the Atlantic blue crab ( Callinectes sapidus) in a European salt marsh: Evidence from the Bay of Cádiz, Spain

本研究于2023年1月至2024年7月在西班牙加的斯湾两个养殖场开展调查，比较大西洋蓝花蟹（Callinectes sapidus）与小欧亚绿蟹（Carcinus maenas）的分布及生态互动。通过月度网捕调查和线性混合效应模型分析，发现蓝花蟹在温暖、高宏inet类环境的渔场中丰度（1.83±0.36个/网·24h）及生物量（11.63±2.08g/网·24h）显著更高，且呈现季节性变化（春季-夏季高峰）；绿蟹则偏好 cooler、浑浊且鱼虾资源丰富的牡蛎场（丰度16.28±1.91个/网·24h）。研究表明气候变化（温度升高）与养殖活动（改变底质结构及食物资源）通过改变环境参数（温度、浊度、pH等）和食物网关系（宏inet类、底栖类、幼鱼）驱动蟹类空间分异，蓝花蟹因更强的温度适应性和食性可塑性占据优势，绿蟹则受限于环境变化。建议实施季节性监测（春季-夏季针对蓝花蟹）、恢复栖息地复杂度（如人工礁石、植被缓冲带）及综合管理策略。

　　生物入侵正在改变沿海生态系统，但在受水产养殖影响的盐沼栖息地，入侵物种的表现尚未得到充分研究。本文研究了西班牙加的斯湾两个不同盐沼地点的生物入侵情况，比较了入侵性的大西洋蓝蟹（*Callinectes sapidus*）和本地的欧洲绿蟹（*Carcinus maenas*）。研究时间为18个月，从2023年1月至2024年7月，期间每月进行网捕调查，同时评估猎物数量和水体参数。研究共捕捉到168只*Callinectes sapidus*和1086只*Carcinus maenas*。结果显示，在Fish地点，*Callinectes sapidus*的平均数量（每网每24小时）为1.83 ± 0.36，而在Oyster地点，*Carcinus maenas*的平均数量为16.28 ± 1.91。*Callinectes sapidus*在Fish地点的生物量（干重，g）为11.63 ± 2.08，而在Oyster地点则为4.58 ± 1.15。*Carcinus maenas*在Oyster地点的生物量为10.53 ± 1.22，而在Fish地点则为1.12 ± 0.43。体型也反映了这些模式，*Callinectes sapidus*在Fish地点的甲壳宽度和长度比Oyster地点分别增加了14.5 mm和5.9 mm，而*Carcinus maenas*在Oyster地点的甲壳宽度和长度比Fish地点分别增加了2.7 mm和2.3 mm（p < 0.05）。季节性高峰也有所不同，*Callinectes sapidus*在晚春至初夏达到高峰，而*Carcinus maenas*则在冬季至春季达到高峰，*Callinectes sapidus*在冬季未被捕捉到。

线性混合效应模型显示，*Callinectes sapidus*的种群数量在温暖、猎物丰富的条件下增加，而*Carcinus maenas*则在较冷、更浑浊的水域中更为丰富，且这些水域有更高的鱼类和超底栖猎物可用性。这些模式表明了在水产养殖改造的盐沼环境中，温度和猎物之间的路径，并为针对性监测、清除和未来管理提供了线索。随着全球气候变化的加剧，这种趋势可能会进一步加强，因为温暖适应的物种更容易向极地扩展，同时生物入侵的频率和生态影响也会上升。

大西洋蓝蟹（*Callinectes sapidus*）原产于西大西洋，其适应性强，能耐受广泛的温度和盐度变化，具有较高的繁殖潜力和侵略性的杂食性，使其能够利用多种人类改造的栖息地。它的双相生命周期，包括浮游幼虫的长距离扩散和底栖成体的适应能力，是其入侵成功的关键。在地中海和周边地区，*Callinectes sapidus*的种群具有高连通性，这种连通性与它在人类改造的盐沼生态系统中的生存能力相结合，进一步支持了其快速扩张的趋势。*Callinectes sapidus*最早于1901年在法国的罗什福尔被记录，随后在北欧出现了其他早期记录，这些记录可能反映了临时引入而非稳定的种群。近年来，*Callinectes sapidus*在黑海和地中海，包括伊比利亚半岛，迅速建立并扩展。在西班牙地中海沿岸，*Callinectes sapidus*的首次记录是在2012-2013年的埃布罗三角洲，随后在加的斯湾，该物种于2016年首次被报道，并在两年内被频繁捕获并扩散至该地区。北非的记录始于2017年摩洛哥的Marchica泻湖，这是当时地中海最西端的记录，近年来，该物种在大西洋沿岸也出现了新的记录。

欧洲绿蟹（*Carcinus maenas*）本身是入侵物种，在北美和澳大利亚等地区造成严重影响。然而，在新的欧洲系统中，*Callinectes sapidus*的出现与*Carcinus maenas*的数量下降和新的社会经济影响有关。这些互动在某些地区，如希腊和埃布罗三角洲，导致*Carcinus maenas*渔业的崩溃。加的斯湾的盐沼系统是受生物入侵和人类活动影响而迅速变化的典型例子。该地区包括互连的潮汐通道、盐沼和广泛的水产养殖池，支持丰富的海洋和河口生物多样性。*Callinectes sapidus*在该地区的首次记录于2016年，并在两年内被频繁捕获，表明其迅速扩展的趋势。

为了填补这些关键知识空白，本研究调查了*Callinectes sapidus*和*Carcinus maenas*在加的斯湾两个水产养殖影响的盐沼地点的时空动态和生态互动。具体来说，我们比较了两种地点（鱼类主导和牡蛎主导地点）的物种丰度、生物量和体型结构，分析了影响物种分布的生物和非生物因素，并评估了地点特异性丰度和共存模式。我们假设*Callinectes sapidus*会在猎物丰富和复杂的栖息地中更常见，而*Carcinus maenas*则会在这些条件对入侵者不利的地方持续存在。通过阐明水产养殖驱动的栖息地转变和环境变化如何塑造入侵物种动态，我们的研究结果为水产养殖影响的盐沼地区的监测和管理提供了季节性指导，并支持更有效的适应性保护策略。

研究地点位于西班牙西南部的加的斯湾，靠近Puerto Real，该地区拥有复杂的潮汐系统，支持丰富的生物多样性。该盐沼系统包括互连的潮汐通道、盐沼和水产养殖池。该地区的潮汐为半日潮，潮差在0.98-3.20米之间，促进了海水交换和营养循环。水动力学显示出浅水盆地和通道中季节性的流速和分层变化，典型的水深在池塘和入海口附近分别为1-2米。季节性温度和盐度波动，受季节热通量和蒸发/降水的影响，塑造了动态的生态互动。恢复的盐沼湿地中的流速制度可以强烈地结构宏无脊椎动物群落。在这一盐沼系统中，研究聚焦于两个水产养殖地点，靠近Puerto Real（Salinas de Belén），这些地点具有传统的广泛管理实践。Fish地点由潮汐驱动的盐沼池塘组成，这些池塘在涨潮时通过水闸门吸引幼年金头鲷（*Sparus aurata*）、欧洲海鲈（*Dicentrarchus labrax*）和鲻鱼，它们在没有补充饲料的情况下生长。这些广泛的池塘通常支持丰富的宏无脊椎动物和近床超底栖猎物，这些猎物是甲壳类和鱼类的猎物。Oyster地点是一个获得许可的水产养殖区，授权在公共海陆域内进行贝类养殖。这里种植太平洋牡蛎（*Magallana gigas*）和葡萄牙牡蛎（*Crassostrea angulata*），典型的安达卢西亚贝类养殖环境。在架上或长线上养殖会产生高的生物量和生物沉积，减弱近床流速，增强超底栖猎物的可用性。在该地区，还进行了整合多营养系统的试点项目，包括鱼类、牡蛎和大型藻类，反映了当地的运营背景。在这样的环境中，悬浮沉积物和光照限制可以调节浮游植物动态（叶绿素-a），这为超底栖和底栖消费者感知的地点特异性猎物场提供了可能的基础。与这些机制一致，我们调查中的地点特异性生产力指标表明Fish地点的宏无脊椎动物密度较高，而Oyster地点的超底栖猎物丰富度和水体信号更强（补充表S1）。两个地点都通过主通道与内湾相连，促进了海水交换，这是生产力和生态平衡所必需的。

研究设计包括从2023年1月至2024年7月每月在Fish和Oyster地点进行采样，共进行18次采样。这种设计捕捉了蟹种群和环境条件的季节性和年度变化。采样时间主要安排在潮汐较低或较高期间，以考虑潮汐的影响，尽管由于物流限制，某些月份只能在一个潮汐阶段进行采样。蟹种群动态评估使用了fyke网，这是一种在盐沼生态系统中广泛使用的被动捕捉技术。网具使用两种网眼大小：5厘米用于捕捉小猎物（如虾类如*Palaemon varians, P. elegans, P. serratus, Penaeus*（*Melicertus*）*kerathurus*，幼鱼和幼蟹），10厘米用于捕捉成年蟹和较大的鱼类。每个水产养殖地点被分为三个固定的采样位置，沿潮汐梯度从靠近潮汐交换闸门的区域到更内部的区域。fyke网的位置在调查开始时（2023年1月）随机选择，并在整个调查期间保持一致，以关注时间变化。每次采样事件中，每个地点部署两张网（每种网眼大小一张），浸没24小时后回收。捕捉到的个体被运送到实验室，进行物种鉴定和丰度估计，标准化为每网每24小时的捕获量（CPUE）。此外，还进行了形态测量（甲壳宽度CW mm，甲壳长度CL mm，和新鲜体重g），性别和繁殖状态的确定（雄性、雌性、抱卵雌性），以及使用无灰干质量（AFDM）方法估算生物量。样本在60°C的烘箱中干燥48-96小时，然后在550°C的马弗炉中灰化4小时。AFDM被计算为个体干重与灰重的差值，代表有机生物量。努力（设备、网眼大小、网具数量和位置，以及24小时浸泡时间）在两个地点是相同的；由于湿润表面积随潮汐变化，且未在各月之间进行相同测量，因此未按地点面积进行标准化，所有推论均基于单位努力。

超底栖猎物（包括虾类和幼鱼）的采样与蟹种群调查同时进行，确保方法一致性，并反映*Callinectes sapidus*对活动猎物的偏好。每个分类的总丰度被记录，遵循标准的河口食物网评估协议。宏无脊椎动物猎物的采样使用了Ekman-Birge抓网（15厘米×15厘米），每个地点每次采样进行三次重复抓取。沉积物样本通过0.5毫米的筛网冲洗，并在-20°C下保存以备后续鉴定和计数。环境变量在原位使用多参数探针（AAQ-RINKO，型号# 176-Z106，JFE Avantech，日本）进行测量。水温（°C）、盐度（PSU）、pH、溶解氧（mg L?1）、浊度（NTU）、叶绿素-a（μg L?1）和光合有效辐射（PAR，μmol photons m?2 s?1）在表层、中层和底层测量，以考虑垂直分层。探针在每次采样前按照制造商程序进行校准。这些环境测量与猎物采样同时进行，并按地点和日期在补充表S1中总结，用于分析蟹种群动态的地点特异性非生物条件。生物协变量包括与蟹调查同时采样的猎物可用性（宏无脊椎动物、超底栖猎物和幼鱼），并配对到相同的采样分辨率；这些指标后来用于混合效应模型。

所有分析均在R版本4.4.2中进行。非正态分布的变量在需要时进行对数变换（log(x + 1)），并使用四分位距（IQR）方法识别和移除异常值。蟹的丰度和生物量在Fish和Oyster地点之间进行比较，使用双因素方差分析（ANOVA），将地点和时间及其交互作用作为固定因素。显著效应后进行Bonferroni校正的后验成对t检验。体型频率分布（CW和CL）使用独立t检验进行比较。为了评估环境地点分离，环境变量（深度、浊度、温度、盐度、pH、溶解氧、叶绿素-a和PAR）被z标准化；主成分分析（PCA）可视化了潜在的分离，而PERMANOVA（欧几里得；999次置换）测试了总体地点效应，单变量地点差异通过均值±标准差、Welch's t、Hedges' g和Benjamini-Hochberg校正的p值进行总结。这些程序仅用于描述，并未用于模型选择（图S6；表S4，S4a）。为了显示候选预测变量之间的协变和潜在冗余，运行了第二个探索性PCA，对z标准化的非生物和生物变量（包括蟹变量在图中）进行分析；这种排序仅用于可视化，并未确定最终的预测变量集，PCA得分未包含在任何模型中，但有助于识别合适的预测变量（图S7）。然后分析非生物和生物变量对蟹丰度的影响，使用线性混合效应（LME）模型（包nlme），指定地点嵌套在地点内和年日（doy）作为随机效应，以考虑空间和季节结构；候选固定预测变量（温度、浊度、pH、深度、宏无脊椎动物、超底栖猎物和幼鱼猎物）基于生物学相关性和数据覆盖保留，通过相关性和VIF < 3筛查共线性，并通过诊断和AICc评估简约性。模型假设（正态性、同方差性）通过残差验证，只有p < 0.05的预测变量保留在最终模型中；完整的LME输出见补充表S2。对于图中的插图（图2、图3、图5），报告了每个ANOVA效应（地点、时间、地点×时间）的解释方差，以部分eta平方（ηp2，%）表示，其余部分标记为“未解释”，完整的F值和p值见表1。

结果表明，*Callinectes sapidus*和*Carcinus maenas*的丰度在18个月的研究期间显著变化（图2）。总共捕捉到168只*Callinectes sapidus*和1086只*Carcinus maenas*。*Callinectes sapidus*的平均丰度（± SD）在Fish地点更高（1.83 ± 0.36 CPUE），而*Carcinus maenas*在Oyster地点更丰富（16.28 ± 1.91 CPUE）。双因素ANOVA显示，*Callinectes sapidus*的丰度有显著的季节效应（F_19,38 = 5.03，p < 0.001）和地点×时间的交互作用（F_19,38 = 3.32，p < 0.001），但地点的主效应不显著（F_1,2 = 3.49，p = 0.20；图2A；表1）。后验t检验确认了Fish地点在晚春（2023年5月30日，序号日期150，p < 0.05；图2A）中*Callinectes sapidus*的丰度显著更高。相反，*Carcinus maenas*的丰度在两个地点之间有显著差异（F_1,2 = 83.29，p < 0.05），随时间变化（F_19,38 = 83.3，p < 0.001），并显示出强烈的地点×时间交互作用（F_19,38 = 3.48，p < 0.001；图2B），其丰度在Oyster地点的冬季和春季达到高峰（序号日期52、150、444和500；p < 0.05）。值得注意的是，*Callinectes sapidus*在2023年的冬季未被fyke网捕获（图2A），这与记录的最低水温相吻合，并在春季重新出现。体型模式与这些丰度趋势平行，每个地点的主导物种显著更大（表S3）。在Fish地点，*Callinectes sapidus*的平均甲壳宽度（CW）比Oyster地点的同类宽14.5 mm（CW：122.82 ± 22.08 mm vs 108.35 ± 28.38 mm；p < 0.05），甲壳长度（CL）比Oyster地点的同类长5.9 mm（CL：56.80 ± 9.24 mm vs 50.95 ± 11.99 mm；p < 0.05）。相反，Oyster地点的*Carcinus maenas*个体比Fish地点的同类宽2.7 mm（CW：55.20 ± 8.72 mm vs 52.53 ± 12.18 mm；p < 0.05）和长2.3 mm（CL：41.57 ± 6.34 mm vs 39.30 ± 8.90 mm；p < 0.01）。这些模式表明了不同栖息地的适宜性和季节性分区。

蟹的生物量也与丰度和体型模式相呼应。*Callinectes sapidus*的生物量在Fish地点更高（11.63 ± 2.08 g AFDM）而不是在Oyster地点（4.58 ± 1.15 g AFDM），而*Carcinus maenas*的生物量在Oyster地点更高（10.53 ± 1.22 g AFDM vs 1.12 ± 0.43 g AFDM在Fish地点；图3A, B）。双因素ANOVA显示，*Callinectes sapidus*的生物量在Fish地点有显著的季节效应（F_19,38 = 34.63，p < 0.001），以及地点×时间的交互作用（F_19,38 = 1.87，p < 0.05），但地点的主效应不显著（F_1,2 = 6.74，p = 0.12）。后验测试表明，Fish地点的生物量在晚春至初夏（2023年5月至7月；p < 0.05）达到峰值。相比之下，*Carcinus maenas*的生物量在两个地点之间有显著差异（F_1,2 = 86.4，p < 0.05），随时间变化（F_19,38 = 5.28，p < 0.001），以及地点×时间的交互作用（F_19,38 = 4.55，p < 0.001），在Oyster地点的冬季和初春达到高峰。与它在捕获中的冬季缺席一致，*Callinectes sapidus*的生物量在2023年冬季几乎为零，并在晚春再次增加。体型差异与这些丰度趋势平行，表明了不同栖息地的适宜性和季节性分区。

形态学关系和基于体型的对比显示，*Callinectes sapidus*在两个地点的体型都显著大于*Carcinus maenas*（图4A, B）。*Callinectes sapidus*的平均CW和CL（± SD）分别为117.82 ± 25.32 mm和54.78 ± 10.61 mm，而*Carcinus maenas*的平均CW和CL分别为54.93 ± 9.16 mm和41.34 ± 6.67 mm。独立的Welch's t检验确认了这些体型差异的显著性（CW：t = 31.88，df = 173.81，p < 0.001；CL：t = 15.94，df = 187.93，p < 0.001；图4A插图，4B插图）。形态学分析揭示了每个物种体型与生物量之间的不同等比例关系，*Callinectes sapidus*表现出比例上更宽和更坚固的体型，以及更陡峭的生物量-体型关系（R2 = 0.873–0.958）与*Carcinus maenas*（R2 = 0.837–0.993）相比。这些形态优势可能增强了*Callinectes sapidus*的竞争力和能量效率。

猎物动态方面，猎物的可用性，包括宏无脊椎动物、超底栖猎物和鱼类猎物，在两个地点和季节中均显著变化。宏无脊椎动物的丰度在Fish地点显著更高（F_1,2 = 306，p < 0.01），尤其是在晚春和夏季（序号日期150、206、241、318、542和577；p < 0.05–0.01；图5A）。超底栖猎物（主要是虾类）在Oyster地点显著更丰富（F_1,2 = 200，p < 0.01），有显著的季节性高峰（序号日期241、444和577；p < 0.05–0.01；图5B）。鱼类猎物的丰度随季节变化，但没有显著的地点差异（图5C）。

混合效应模型显示了地点特异性的丰度驱动因素。通过探索性PCA（图S7）进行预测变量筛选；所有推论均来自LME模型。为了确定蟹丰度的关键地点特异性驱动因素，使用温度、浊度、pH、深度和猎物可用性作为预测变量拟合LME模型。在Fish地点，*Callinectes sapidus*的丰度与温度呈正相关（标准化效应=0.15，p < 0.01），而深度、猎物可用性、浊度和pH则不显著。相反，*Carcinus maenas*在Fish地点的丰度显著与超底栖猎物（效应大小=0.05，p < 0.01）和鱼类猎物（效应大小=0.04，p < 0.05）相关，而深度、浊度、宏无脊椎动物、pH和温度没有显著影响。在Oyster地点，*Callinectes sapidus*的丰度与宏无脊椎动物（效应大小=0.16，p < 0.001）呈正相关，并显示出较弱的正相关与温度和pH（两者效应大小=0.09），但后者由于其狭窄的范围而谨慎解释；鱼类猎物、浊度和超底栖猎物则不显著。相反，*Carcinus maenas*在Oyster地点的丰度随温度下降（效应大小=-0.18，p < 0.001），但随着浊度（效应大小=0.08，p < 0.05）和鱼类猎物（效应大小=0.07，p < 0.05）增加，而深度、宏无脊椎动物、超底栖猎物和pH则没有显著影响。完整的标准化效应大小和显著性水平见补充表S2。

本研究的结果表明，*Callinectes sapidus*和*Carcinus maenas*在盐沼系统中存在显著的局部模式。在该系统中，*Callinectes sapidus*在Fish地点的温暖季节更为常见，其丰度和生物量在温暖月份中显著增加，同时表现出体型优势，而*Carcinus maenas*则在Oyster地点更为常见。这些发现表明了*Callinectes sapidus*在温暖季节的局部增加趋势，同时认识到*Carcinus maenas*在较冷时间和不利微生境中的持续存在。这一模式与先前研究中强调的*Callinectes sapidus*的快速生长、强温度依赖性和广泛的营养灵活性一致。尽管*Carcinus maenas*在非本地系统中被视为著名的入侵物种，但在温暖、食物丰富的欧洲栖息地中，*Callinectes sapidus*的局部优势正在显现。最近的证据加强了这一趋势。在意大利南部亚得里亚海的Lesina泻湖中，*Callinectes sapidus*表现出高丰度、大体型和快速的季节性增长，实验研究显示其在特定底质和避难所条件下具有优势，并对双壳类进行强烈的捕食。在北爱琴海（Thermaikos湾），*Callinectes sapidus*显示出漫长的抱卵季节和显著的局部丰度，区域综合分析识别出包括西班牙埃布罗三角洲在内的泻湖“热点”。重要的是，*Callinectes sapidus*在2023年冬季未被fyke网捕获，这可能反映了其活动减少，而不是系统性缺失，因此需要在未来的研究中使用互补方法（如遥测和环境DNA）进行进一步调查。

为了平衡保护和经济目标，随着地中海盐沼和海岸线变暖以及水产养殖扩展，适应性、生态系统为基础的管理，整合标准化的CPUE跟踪、栖息地恢复和谨慎的资源利用将变得至关重要。加的斯湾因此成为一个哨兵系统，强调了在人类改造环境中主动、基于证据的管理入侵水生生物的挑战和机遇，并为类似的地中海盐沼系统提供了指导。