土壤中的粪便生物标志物记录了景观尺度上的野生食草动物数量

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Fecal Biomarkers in Soils Record Landscape-Scale Wild Herbivore Abundance

克鲁格国家公园禁牧实验显示，粪便甾烷浓度及PS（植物甾烷/甾醇比率）和PU（甾烷异构体比率）与食草动物粪便数量显著相关，验证了其作为古食草动物丰度生物标志物的潜力。研究还通过黄石国家公园历史数据验证了比率指标在时间序列中的应用。

　　在地球的历史进程中，大型植食性哺乳动物对生态系统过程的影响是显著的，包括植被结构与组成的变化、火灾活动以及碳循环等。然而，我们对这些影响的理解受到现有古生态学代理指标的限制，特别是关于植食性动物组成和数量的代理指标。本研究旨在探讨粪便甾醇是否可以作为这些动物数量变化的代理指标，特别是在自然环境中。通过在南非克鲁格国家公园（KNP）进行两个长期的植食性动物围栏实验，研究团队收集了土壤样本和粪便数量数据，分析了甾醇和甾醇的浓度与分布，以评估它们是否能够有效记录植食性动物的丰度变化。

研究结果表明，甾醇的浓度在围栏内外并没有显著差异，而甾醇的浓度则在动物存在区域显著增加，尤其是在富含营养的土壤区域。这说明甾醇的浓度变化可能更多地受到环境因素的影响，而不是直接反映动物的丰度。相反，甾醇的异构体比例则显示出与粪便数量的强烈相关性，这表明这些比例可能是重建过去植食性动物数量变化的潜在代理指标。此外，研究还发现，尽管植食性动物种类的组成会影响甾醇的分布，但总体的动物丰度是其分布变化的最主要因素。

研究团队进一步应用了这些新定义的甾醇比例到之前发表的黄石国家公园的沉积物记录中，发现这些比例与历史上的植食性动物生物量存在显著的正相关关系，尤其是在1920年至1970年间。这表明这些比例在时间维度上也具有一定的适用性，可以用于重建植食性动物的数量变化。然而，研究也指出，由于这些比例在不同环境中的表现可能存在差异，因此需要更多的校准工作，以确保它们在不同地理和沉积环境中都能准确反映动物的丰度。

本研究的局限性在于，所选的两个地点可能无法全面代表克鲁格国家公园乃至其他草原生态系统中的植食性动物多样性。此外，研究仅在特定时间点进行了样本采集，未能捕捉到动物与环境之间动态变化的细微差别。因此，未来的研究需要扩展校准范围，涵盖更多不同动物丰度和组成的地点，并通过重复调查和实验验证，以更好地理解甾醇浓度和分布的变化机制。

在实际应用中，这些甾醇比例可以作为量化过去植食性动物数量变化的工具，特别是在缺乏化石记录的地区。然而，为了提高其准确性，还需要考虑其他因素，如土壤的化学性质、沉积物的氧化还原条件以及不同动物种类的生理特性等。通过结合这些甾醇比例与其他古生态学代理指标，如粪便真菌孢子或古代DNA，可以更全面地了解植食性动物数量和组成的动态变化。

本研究的成果为利用粪便甾醇作为自然环境中的植食性动物数量代理指标提供了重要的基础。通过分析甾醇的浓度和分布，研究团队不仅确认了其与动物数量的强相关性，还提出了新的甾醇比例，这些比例可能在不同环境条件下都能有效反映动物的丰度。尽管这些比例在某些情况下可能受到环境因素的影响，但研究团队的应用表明，它们在特定条件下是可行的。因此，未来的研究应进一步探索这些比例在不同地理和沉积环境中的适用性，并通过更多的实验和调查来验证其可靠性。这样，我们可以更好地利用这些甾醇比例来重建过去的生态系统过程，以及这些过程对气候变化的响应。