北极高纬度地区捕食压力减少下旅鼠短期摄食对维管植物的有限影响研究

推荐：为解决北极苔原食物网中捕食者-猎物相互作用对植被的级联效应争议，研究人员通过大型捕食者排除实验，结合旅鼠密度监测和植物形态/生物量分析，发现实验性增加的旅鼠密度仅对北极柳(Salix arctica)部分形态特征产生微弱影响，未显著改变植物生物量。该研究首次在北极高纬度地区证实短期植物-草食动物相互作用较弱，为苔原生态系统动态模型提供了关键参数。

　　

在广袤的北极苔原生态系统中，旅鼠种群周期性波动现象长期困扰着生态学家。传统理论认为这种波动可能由两种机制驱动：以Oksanen为代表的"自下而上"假说强调植物-草食者相互作用导致食物耗竭，而Gilg等学者则提出"自上而下"的捕食调控理论。尤其在加拿大高纬度北极地区，旅鼠峰值密度显著低于低纬度地区，其生态影响存在巨大知识空白。这种认知分歧直接关系到对北极生态系统稳定性的预测，特别是在气候变暖改变捕食者群落的背景下。

为破解这一谜题，加拿大拉瓦尔大学的研究团队在努纳武特地区拜洛特岛开展了一项创新性的大规模野外实验。通过建立8.6公顷的捕食者排除区（仅保留鼬类进入），结合嵌套式旅鼠摄食排除样方，研究人员首次在北极高纬度地区构建了双因素实验体系。该研究持续3个年度周期（2014-2016），涵盖旅鼠种群从高峰到下降的不同阶段，相关成果发表在《Arctic Science》期刊。

关键技术方法包括：1) 综合运用1.4-2米高围栏和尼龙线屋顶构建三维捕食者排除系统；2) 采用空间显性捕获-重捕模型(secr包)估算旅鼠密度；3) 冬季巢穴普查结合粪便DNA宏条形码技术确定食性；4) 标准化ITEX协议进行植物点截取样；5) 线性混合效应模型(LME)分析处理效应。

研究结果揭示：

【Lemming population dynamics】
捕食者排除使褐旅鼠(Lemmus trimucronatus)夏季密度最高提升2倍（10只/公顷），但领旅鼠(Dicrostonyx groenlandicus)密度反而降低，显示种间竞争效应。冬季巢穴密度变化与夏季趋势一致。

【Grazing impact on Salix arctica at snow melt】
雪融期发现23-24%的标记柳枝存在啃食痕迹，雪床生境啃食率显著更高(30% vs 17%)。芽和柔荑花序数量与粪便量呈负相关，但捕食排除区的柳树芽数量在雪床生境反而更高，显示密度补偿效应。

【Grazing impact on Salix arctica traits at the end of the summer】
夏季生长季结束时，暴露于旅鼠摄食的柳树枝条叶片数减少16%，茎长度和生长量显著降低。但木质化茎直径和分枝数不受影响，表明旅鼠主要啃食新生组织。

【Grazing impact on plant biomass at the end of the summer】
关键植物类群（柳科、禾本科、灯心草科）的生物量在摄食/排除样方间无显著差异，仅雪床生境的Salix herbacea生物量在捕食排除区呈现22.7%差异趋势。

讨论部分指出，该研究首次在实验条件下证明高纬度北极地区旅鼠-植物相互作用的短期影响较弱。与阿拉斯加和芬诺斯坎迪亚地区不同，即使密度翻倍，旅鼠也未能显著降低主要食物植物的生物量。这支持了北极小型哺乳动物种群主要受捕食调控的理论，而食物限制可能仅在局部微生境（如雪床）起次要作用。值得注意的是，连续3年的数据显示柳树形态参数受影响程度逐年递增，暗示长期累积效应可能改变植被组成。

该研究的创新价值在于：1) 通过双排除实验设计解析了捕食与摄食的独立效应；2) 证实高纬度地区生态过程可能显著不同于低纬度苔原；3) 为预测气候变暖下北极食物网重组提供了基线数据。未来需延长观测周期，以评估长期低强度摄食是否通过改变养分循环（如粪便氮输入）间接影响植被演替。这些发现对理解北极生态系统抵抗力形成机制具有重要启示。