整合声学遥测和稳定同位素数据揭示温带湖泊大型鱼类资源利用的重叠

《Ecology of Freshwater Fish》：Integrating Acoustic Telemetry and Stable Isotope Data Reveals Overlap in Resource Use by Large-Bodied Fishes in a Temperate Lake

　　

温带湖泊生态系统经历季节性变化，这些变化对属于不同热力种群（thermal guilds）的鱼类适宜栖息地的可用性产生不成比例的影响。尽管许多研究调查了鱼类栖息地利用模式，但很少有研究从三维（three-dimensional，3D）角度估算鱼类物种在空间上跨季节的重叠程度。本研究调查了加拿大安大略省一个小型北方湖泊中关键鱼类物种——江鳕（burbot, *Lota lota*）、湖鳟（lake trout, *Salvelinus namaycush*）和白亚口鱼（white sucker, *Catostomus commersonii*）——栖息地重叠的季节性时机和营养生态位（trophic niche）。研究人员使用空间遥测阵列（spatial telemetry array）和压力感应发射器（pressure-sensing transmitters），收集了两年三维鱼类栖息地利用数据，并与来自所有营养级的稳定同位素数据（碳、氮和硫）配对，以区分沿岸（littoral，近岸）、远洋（pelagic，离岸）和底栖（benthic）的能量获取来源。遥测数据分析表明，三维空间利用和栖息地重叠在不同物种间存在显著差异，且具有季节特异性，尤其是在江鳕和湖鳟之间。稳定同位素分析表明，这三种鱼类高度依赖沿岸资源，这与遥测估计的近岸栖息地利用大体一致，但江鳕的沿岸同位素信号出乎意料地高。研究人员对声学遥测和稳定同位素分析的联合应用，加深了对这些重要鱼类物种的空间和营养生态学（spatial and trophic ecology）的理解，阐明了具有季节性空间重叠的物种如何通过依赖不同的食物资源而共存。

**论文解读**

**研究背景与问题**

温带湖泊生态系统经历显著的季节性变化（如冰封、热分层、冷却），这些过程改变了不同热力种群（thermal guilds）鱼类适宜栖息地的时空分布。尽管已有大量研究关注鱼类栖息地利用模式，但多数仅从二维角度（平面空间或深度单轴）分析物种间重叠，缺乏从三维（3D）体积视角评估空间重叠的程度。此外，单一方法（如仅用遥测或仅用稳定同位素）难以全面揭示资源利用的时空动态。因此，研究者提出需联合声学遥测（acoustic telemetry）和稳定同位素分析（stable isotope analysis），以探究温带湖泊中同域分布的大型鱼类如何在变化的季节条件下实现共存。本研究以加拿大安大略省Turkey Lake（北方小型湖泊）中的三种关键物种——江鳕（*Lota lota*）、湖鳟（*Salvelinus namaycush*）和白亚口鱼（*Catostomus commersonii*）——为对象，旨在回答三个问题：（1）评估每种鱼类季节性的三维栖息地利用；（2）确定近岸空间栖息地和食物资源利用的相对重要性；（3）量化物种间的空间和营养生态位重叠。该研究有助于理解生态系统功能与动态，并为鱼类资源管理提供依据。论文发表在《Ecology of Freshwater Fish》。

**主要技术方法**

研究者采用声学遥测定位系统（29个VR2Tx接收器阵列和压力感应发射器，Innovasea Systems Inc.）连续收集2021年10月至2023年10月期间鱼类三维位置数据（x, y, z坐标）。通过三维核密度估计（Kernel Utilization Distribution, KUD）计算物种水平的家域（home range, 95%等值线）和核心区（core volume, 50%等值线）体积，并用Bhattacharyya Affinity（BA）指数量化物种间重叠。稳定同位素分析采集了所有营养级生物（包括鱼类、大型无脊椎动物、两栖动物、浮游动物）的肌肉组织或全样本，测定δ¹³C、δ¹⁵N和δ³⁴S值，用于计算沿岸碳利用（Littoral Carbon Use, LCU）、底栖硫利用（Benthic Sulphur Use, BSU）和营养位置（Trophic Position, TP）。样本来自Turkey Lake（加拿大安大略省），为长期研究站点。

**研究结果**

**3.1 季节性栖息地利用与重叠——遥测**

通过三维KUD分析，发现不同物种的家域和核心区体积存在显著季节性差异（线性混合效应模型，物种×季节交互作用显著）。湖鳟在所有季节的家域和核心区体积均最大，白亚口鱼最小。江鳕在秋季核心区体积最大（约30倍于春季），湖鳟夏季核心区最小，白亚口鱼春季核心区略大。物种间三维体积重叠（BA值）普遍较低，仅在江鳕与湖鳟之间于秋季（家域BA=0.26）和冬季（核心区BA=0.29）达到显著水平（BA≥0.2）。近岸生境（≤6 m深度）在核心区中的比例：白亚口鱼最高（0.60），湖鳟最低（0.19），江鳕居中（0.21）。基于距离岸线和深度的生态位椭圆（40% habitat ellipses）显示，白亚口鱼始终占据浅水近岸区域，湖鳟偏于深水远岸，江鳕则季节变化明显（春季小、夏季浅、秋季深）。

**3.2 资源利用与重叠——稳定同位素分析**

稳定同位素数据显示，三种鱼类的LCU、BSUR（相对底栖硫利用）和TP存在显著差异（Kruskal-Wallis检验，p<0.05）。白亚口鱼表现出最高的LCU（0.79±0.03）和BSUR（0.81±0.03），但TP最低（2.95±0.03）；江鳕LCU（0.80±0.03）和TP（3.54±0.09）较高，但BSUR较低（0.41±0.04）；湖鳟LCU（0.54±0.02）和BSUR（0.34±0.05）最低，TP最高（3.79±0.04）。标准椭圆体体积（SEV）显示，江鳕的生态位宽度最小（1.51±0.74），湖鳟（2.74±0.84）和白亚口鱼（2.57±0.75）较大。个体间变异性较小，且三种鱼类的同位素生态位重叠均未超过60%的显著阈值，表明它们利用不同的食物资源。

**讨论与结论**

讨论部分指出，联合应用遥测和稳定同位素方法揭示了物种间栖息地三维重叠较低，但近岸资源对三种鱼类的共同重要性。江鳕的LCU高但近岸空间占用中等，可能与其夜间进入浅水摄食的昼夜行为有关。湖鳟夏季虽极少使用近岸（5%位置），但稳定同位素仍显示54%的碳来自沿岸，表明短时间觅食对能量摄入贡献显著。白亚口鱼则高度依赖近岸底栖生境，并促进营养循环。三种鱼类通过不同的空间利用和营养生态位实现共存：江鳕和湖鳟虽同为冷水捕食者，但江鳕更多利用沿岸开放性水域的猎物，而湖鳟依赖远洋资源；白亚口鱼则占据较低营养级。研究结论翻译如下：通过整合声学遥测和稳定同位素数据，本研究发现不同鱼类在湖泊三维空间中表现出不同的季节性栖息地和营养生态位模式。遥测数据分析显示，物种间栖息地重叠在秋季和春季较大，但三维核心重叠较低。稳定同位素表明三种鱼类高度依赖沿岸资源，与遥测估计的近岸利用大体一致，但江鳕的沿岸碳利用出乎意料地高。三种物种占据不同的三维栖息地，但沿岸和底栖同位素指标的相似性表明它们可能使用相似资源或栖息地类型，但位于湖泊不同区域。这些结果深化了对温带湖泊常见大型鱼类季节性栖息地利用模式及资源分配的理解。