气候变化下高北极地区旅鼠种群动态对积雪条件的响应机制研究

本文通过17年的长期监测数据，系统分析了高北极地区积雪条件（如积雪形成时间、深度及雨雪事件ROS）对两种旅鼠（褐旅鼠Lemmus trimucronatus和环颈旅鼠Dicrostonyx groenlandicus）冬季繁殖和种群增长的深远影响。研究发现，雨雪事件（ROS）、冻融事件（melt-freeze）及冻雨显著降低旅鼠的冬季繁殖成功率，且褐旅鼠种群增长对积雪硬化更敏感。研究揭示了气候变暖导致的积雪物理性质变化如何通过能量分配机制（如挖掘成本增加）间接影响北极食物网关键物种，为预测气候变化下北极生态系统响应提供了关键实证依据。

　　

引言

季节性积雪为北极动物提供了重要的临时栖息地，其绝缘特性帮助动物抵御低温和天敌。旅鼠作为北极生态系统的关键物种，依赖积雪层建造巢穴并在冬季繁殖，其种群波动直接影响捕食者（如雪鸮和北极狐）的生存。近年来，气候变暖导致北极积雪条件发生显著变化，包括积雪形成延迟、冻融事件频发以及雨雪事件（ROS）增加，这些变化可能通过硬化积雪基底层（如深度霜层depth hoar）影响旅鼠的挖掘效率和能量分配。

方法

研究在加拿大高北极的拜洛特岛（73°08′N, 80°00′W）开展，时间跨度为2004-2022年。通过野外样带调查和巢穴解剖（粪便大小鉴定物种和繁殖状态）评估冬季繁殖强度；采用空间显式捕获-重捕模型（secr包）估算夏季种群密度；通过自动气象站和卫星数据（MODIS归一化积雪指数NDSI）量化积雪形成时间、深度及天气事件（ROS、冻融和冻雨）。统计模型包括广义线性模型（GLM）和线性混合效应模型，以分析天气事件与旅鼠繁殖、种群增长的关系。

结果

1. 1.
   天气事件发生规律：冻融事件每年发生但强度差异大（4-140小时），ROS和冻雨事件分别出现在6年和7年，且强ROS事件多发生于旅鼠种群崩溃期。
2. 2.
   冬季繁殖：环颈旅鼠繁殖巢穴比例比褐旅鼠高1.7倍。ROS、冻融和冻雨事件均显著降低两物种的繁殖成功率（分别减少47%、43%和37%），且关系呈非线性。积雪深度和形成时间无显著影响。
3. 3.
   种群增长：褐旅鼠冬季增长（r值）与ROS和冻融事件呈负相关（ROS使r从0.5降至-3.7），但环颈旅鼠无此现象，表明其形态适应（如双爪和白色皮毛）可能缓解积雪硬化的负面影响。
4. 4.
   积雪基底密度：直接测量显示积雪基底密度（200-300 kg·m^?3）与繁殖成功率和种群增长均呈负相关。

讨论

1. 1.
   积雪条件与种群动态：中等强度的天气事件（如ROS）通过硬化基底雪层增加旅鼠挖掘能耗，减少能量分配给繁殖，而非直接导致饥饿死亡。这与北欧地区极端ROS事件导致植被冰封的机制不同。
2. 2.
   密度依赖与捕食：种群增长受密度制约（可能源于冬季死亡率升高），但天气事件的作用与密度无关。白鼬（Mustela richardsonii）作为唯一能雪下捕食的天敌，其数量未加剧天气事件的负面影响。
3. 3.
   物种差异：环颈旅鼠的生理适应（如更低的热耗和更强的挖掘效率）使其繁殖受积雪影响较小，但冬季死亡率更高，可能与巢穴被捕食或种间竞争（褐旅鼠更具攻击性）有关。
4. 4.
   研究局限性：数据年份虽长但仍未覆盖所有种群周期阶段；巢穴繁殖指数可能低估地面繁殖；天气事件监测存在空间分辨率不足的问题。

结论

气候变暖导致的积雪物理性质变化（如ROS事件增加）可能通过抑制旅鼠冬季繁殖，进一步削弱其种群波动幅度，进而影响北极食物网的稳定性。未来研究需整合积雪模型（如CROCUS）和新技术（雪下相机陷阱）以深化雪下生态过程的理解。