《SCIENCE》：Acceleration hotspots of North American birds’ decline are associated with agriculture
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人类活动的“大加速”如何影响生物多样性？本研究利用北美繁殖鸟类调查数据，分析了1987-2021年间261种鸟类的丰度变化及其加速度。结果显示，北美鸟类普遍衰退，且约四分之一的物种衰退正在加速，其空间热点与农业强度（耕地面积、化肥与农药使用）高度重合。这警示我们，农业集约化可能是推动衰退加速的关键因素，凸显了监测生态变量“加速度”对早期预警和针对性保护的重要性。
近年来，全球范围内的生物多样性正以前所未有的速度丧失，鸟类作为生态系统健康的重要指示物种，其种群变化受到了广泛关注。已有大量证据表明，人类活动导致了许多鸟类种群数量下降，但一个更深层的问题逐渐浮现：这种下降是在匀速发生，还是在不断加速？理解种群数量变化的“加速度”（即变化率本身的变化趋势）对于预测未来的生态危机和制定有效的保护策略至关重要。这正是研究人员Leroy及其团队在《SCIENCE》杂志上发表的最新研究致力于回答的核心问题。
为了探究北美鸟类种群丰度变化的加速度及其驱动因素，研究人员利用了一项长期、标准化的监测数据——北美繁殖鸟类调查（North American Breeding Bird Survey， BBS）。他们分析了1987年至2021年间，覆盖整个北美的1033条调查路线数据，涵盖了261个鸟类物种。通过应用先进的动态N-混合（N-mixture）种群模型与全贝叶斯推断，研究人员不仅估算了每个物种的丰度变化（ΔN），还首次在大尺度上系统计算了其年增长率的变化（Δg，即加速度）以及人均增长率的变化（Δr）。研究的关键技术方法包括：利用长期、标准化的北美繁殖鸟类调查（BBS）数据作为种群丰度的时间序列基础；应用动态N-混合（N-mixture）模型校正物种探测率的不完美性，从而更准确地估计种群参数；采用全贝叶斯推断框架进行统计估计，以获得参数的后验分布和可信区间；使用基于树的机器学习算法（如随机森林、提升回归树和XGBoost）来识别丰度变化及其加速度与一系列环境及人为预测因子（如气候、土地利用、农业强度）之间的关联。
研究结果揭示了以下关键发现：
全国范围的丰度下降
分析表明，从1987年到2021年，每条调查路线上鸟类总丰度平均每年显著下降8.94只，35年间累计损失了约15%的鸟类个体。在所分析的1033条路线中，多达70%（718条）的路线经历了鸟类总丰度的显著下降，而仅有17%的路线呈显著增加趋势。空间上，佛罗里达州、德克萨斯州、路易斯安那州和亚利桑那州等地经历了最严重的平均衰退。
加速衰退的区域热点
更值得警惕的是，鸟类丰度衰退的速率本身也在加快。平均每条路线的年增长率变化（Δg）为显著的负值（-0.25），意味着衰退正在加速。空间分析识别出了衰退加速的热点区域，主要集中在美国的中大西洋地区（如特拉华州、马里兰州、新泽西州）、中西部（尤其是印第安纳州、俄亥俄州、肯塔基州、伊利诺伊州、威斯康星州、密歇根州）以及加利福尼亚州。在这些区域，每年损失的鸟类数量比上一年更多，种群下降的缺口逐年扩大，对鸟类的未来构成了严重威胁。相反，在加拿大的育空地区、萨斯喀彻温省、阿尔伯塔省以及美国的新墨西哥州、阿拉斯加州等地，则观察到了衰退减速（即衰退速度放缓）的趋势。
将变化模式与环境联系起来
研究团队进一步将丰度变化（ΔN）及其加速度（Δg）与20个环境及人为变量进行了关联分析。研究发现，丰度下降（ΔN）的热点区域与气候温暖及变暖区域重合，这与鸟类为追踪更凉爽条件而向北迁移的证据一致，表明气温升高可能是近期鸟类种群减少的一个驱动因素。
然而，最关键的发现在于：衰退加速（Δg为负值）的热点区域与农业高强度区域高度重合，具体表现为高化肥使用量、高农药使用量或大面积耕地。这三个高度相关的变量被共同解释为农业强度的指标。这一关联令人担忧，因为过去40年间，北美的农业生产规模和农场面积一直在持续扩大。研究还发现，农业强度与气温变化在对Δg的影响上存在交互作用：在气温升高更明显的地区，农业强度的负面影响更强。此外，温度对Δg的非线性效应表明，衰退加速在中位平均温度（约10°C）附近最为剧烈，这些区域通常是鸟类种群密度最高、人类活动最频繁的地带。
按物种、科和栖息地进行的分析
在物种层面，分析的261个物种中，有122种（47%）表现出显著的丰度下降，其中超过一半（63种，占下降物种的53%）的衰退正在显著加速。这意味着，近四分之一的被研究物种正经历加速衰退。
在科（family）层面，21个科（39%）表现出显著的丰度下降，其中10个科经历了衰退的显著加速，表明这一模式并非由少数具有共同特征或进化历史的类群驱动，而是在科级水平上广泛存在。
在栖息地层面，在考虑的10种栖息地类型中，只有森林鸟类的丰度显示出显著的正增长，且增长在减速。这与之前一些基于地理区域的研究结论不同，因为本研究的分类是基于物种偏好的栖息地而非地理位置。相反，城镇、草地、沼泽和开阔林地这四类栖息地的鸟类丰度显著下降，其中沼泽和开阔林地的衰退还在加速。这些栖息地正是受人类活动（如农业集约化和栖息地退化）影响最严重的区域。
研究结论与讨论部分明确指出，这项研究首次在大尺度上将种群丰度变化的加速度与环境驱动因素联系起来。核心结论是：虽然鸟类丰度下降的热点与高温及气候变暖区域重合，但衰退加速的热点却与农业高强度区域高度一致。这表明，如果仅关注衰退的幅度（ΔN），可能会低估农业活动对鸟类种群的影响，因为高强度农业可能主要驱动着由气候引发的衰退过程的加速。
这项研究的重要意义在于，它超越了传统的、仅关注种群数量线性趋势的监测方法，引入了“加速度”这一关键维度。将生态变量变化的加速度纳入保护评估体系，有助于揭示那些仅关注丰度趋势时可能被隐藏的衰退信号，从而实现更早期的预警。该研究方法可推广应用于其他类群和生物多样性指标（如物种占有率、丰富度或更替率），以检验是否存在类似的加速模式。最后，考虑到人类在经济、农业、交通等各领域的活动仍在持续加速增长（即所谓“大加速”），本研究揭示的鸟类种群加速衰退趋势尤为令人关切，凸显了采取紧急措施缓解农业集约化等人类活动对生物多样性压力的紧迫性。
