《Ecological Modelling》:The effect of warming on the bioenergetics of juvenile common sole (
Solea solea) in the Gironde estuary: Implications for abundance and life-history traits in an energy-limited nursery ground
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原文可见部分未提供摘要(Abstract)正文,其亮点(Highlights)专业翻译如下:采用动态能量收支(Dynamic Energy Budget, DEB)模型模拟能量受限河口中的幼体鳎;较高水温促进普通鳎(common sole)幼鱼更快生长;然而,
原文可见部分未提供摘要(Abstract)正文,其亮点(Highlights)专业翻译如下:采用动态能量收支(Dynamic Energy Budget, DEB)模型模拟能量受限河口中的幼体鳎;较高水温促进普通鳎(common sole)幼鱼更快生长;然而,与温度相关的生长促进可能被食物限制所抵消;全球变化可能导致鳎幼鱼总生物量下降;全球变化可能改变河口的育幼功能。
研究背景与目的:全球变化尤其是升温,可从群落、种群和个体层面改变变温水生生物的个体生长、繁殖及物种组成;河口和海岸生态系统对升温、缺氧、酸化及盐度变化尤为敏感,并作为许多海洋鱼类的重要育幼场(nursery ground),其提供适宜生长和存活条件的能力会影响生物生活史性状、补充(recruitment)和存活。普通鳎(
Solea solea)是欧洲渔业重要商业种,生活史复杂:成体在陆架产卵,幼体漂入河口或海湾育幼2—3年,主要摄食甲壳类、多毛类和小型双壳类,性成熟后迁回产卵场。温度影响其产卵 timing、代谢率、心率和生长。Gironde河口是西欧最大河口和比斯开湾重要鳎育幼场,受人类活动和气候变化共同影响;已有鱼类与浮游动物组合、物候及食物网变化证据,提示该育幼场可能已达最大营养承载能力,食物可得性可限制幼体密度和存活。升温预计提高代谢率并加快生长,但可能被食物限制抵消。因此,研究人员以DEB模型解析这些拮抗效应,模拟未来热条件下幼体生长、性成熟年龄和长度、储备能量及密度/生物量变化,以评估全球变化对河口育幼功能及种群补充的潜在影响。
方法概括:方法上,研究人员用STURAT调查2010—2018年Gironde河口样本(每两月采样,1022次拖网、4204尾鳎),以高斯混合模型(GMM,长度频率分龄)重建2010—2016年7个队列及密度;参考温度取自MARS3D,未来日水温由人工神经网络(ANN)结合IPCC代表性浓度路径(RCP)RCP2.6/RCP8.5及CRNM-ALADIN63、CMIP6(第六次耦合模式比较计划)预测;采用Mounier等校准、Lefebvre du Prey等加入食物限制的动态能量收支(DEB)模型,逆DEB反演f
ref(t),设1月1日、2月1日、3月1日出生日期形成20条轨迹,模拟940天;设无限与有限个体摄食情景,用ANOVA/Kruskal-Wallis及Tukey/Dunn检验。
研究结果:
3.1 2100年前温度预测(Temperature predictions until 2100):温度预测模型在2010—2018年验证中RMSE为0.0658(RCP2.6)和0.0662(RCP8.5);两种情景下年水温均升高,2050年后RCP2.6趋于稳定而RCP8.5继续升高。RCP2.6下2090—2100年年均水温达14.88 ± 0.19 °C,较2010—2020年升高约1.2 °C;RCP8.5下达16.24 ± 0.24 °C,较2010—2020年升高约2.63 °C。
3.2 不同食物情景与气候条件下个体状况和种群密度变化(Change in individual condition and population density under the different food scenarios and climatic conditions)
3.2.1 无限个体摄食情景(Unlimited individual feeding scenario):DEB模拟显示,未来f动态若与当前相似,幼体鳎在两种气候条件下均生长更快、体型更大,个体同化能量更多;性成熟年龄显著提前(参考650 ± 25.3 dpf,RCP2.6为613 ± 24.8 dpf,RCP8.5为564 ± 23.9 dpf);性成熟长度显著变小(参考22.49 ± 0.05 cm,RCP2.6为22.40 ± 0.06 cm,RCP8.5为22.10 ± 0.11 cm)。与参考密度相比,RCP8.5下密度显著下降(?33.3 ± 10.4%),RCP2.6下下降不显著(?12.4 ± 13.7%)。
3.2.2 有限个体摄食情景(Limited individual feeding scenario):当个体能量同化受限时,各热条件下生长轨迹相似,升温引起的代谢加快被同化限制缓冲;性成熟年龄无显著变化(参考650 ± 24.4 dpf,RCP2.6为646 ± 24.7 dpf,RCP8.5为641 ± 24.7 dpf);性成熟长度在更暖条件下更小(参考22.49 ± 0.04 cm,RCP2.6为22.35 ± 0.05 cm,RCP8.5为22.13 ± 0.05 cm),但生物学差异可忽略。
3.2.3 情景对性成熟年龄、长度和储备能量影响的比较(Comparison of the impact of the scenario on age, length and reserve energy at sexual maturation):情景比较显示,性成熟年龄和长度在食物情景与气候条件间存在显著差异;RCP2.6和RCP8.5下,无限个体摄食情景的性成熟年龄均小于有限个体摄食情景,而两种情景间性成熟长度无显著差异。储备能量密度方面,无限个体摄食情景下各气候条件间差异虽具统计意义但生物学上可忽略;有限个体摄食情景下暖条件储备能量密度降低,RCP2.6为?6.98 ± 2.8%,RCP8.5为?16.75 ± 2.3%。
讨论部分总结:讨论指出,模型模拟的是假想平均个体,研究人员通过改变出生日期纳入自然变异;此前缺乏Gironde河口未来水温预测,所建ANN虽为统计模型但验证准确;预测2050年前两情景升温相似,之后RCP8.5升幅更大。升温在鳎热最适范围内促进生长,但研究未考虑海洋热浪;若水温超过约28 °C,可能出现生长严重下降甚至死亡。有限个体摄食情景下,温度促生长效应被缓冲,生活史性状差异很小,性成熟长度差不足1 cm且处于自然变异范围内;但储备能量下降,可能降低个体应对后续胁迫的能力。研究未捕获温度-大小规则(Temperature-Size Rule, TSR):无限情景仅见生长增加,有限情景既不更小也不更快;食物限制假说认为主要效应在幼体密度(存活),平均大小可能受尺寸选择死亡偏倚。无限情景下成熟个体数量需显著减少,总生物量也下降,但降幅低于密度;温度导致个体增重与能量限制导致密度下降呈拮抗。其他全球变化压力如缺氧、酸化和污染可能进一步影响生长、发育或繁殖,需在同一框架中整合研究。补充方面,有限能量下升温不改变生长但降低幼体储备和条件,原文指出这可能导致育幼场死亡率升高并降低补充;无限情景下升温增加卵生产且密度降低,可能加剧资源竞争和早期死亡,而有限情景下繁殖力不变;需建立涵盖全生活史的种群动态模型以评估长期影响。研究结论可译为:在能量受限的Gironde河口育幼场,变暖对幼体普通鳎的影响取决于食物可得性;若个体摄食不受限,升温促进生长并提早成熟,但种群密度和总生物量下降;若个体食物受限,温度促生长效应被缓冲或抵消,但储备能量降低;全球变化可能改变河口的育幼功能,并影响补充与种群可持续性。