《Environmental DNA》：Diet and Prey Selection of Migratory Shorebirds on Virginia Mudflats Revealed by Fecal DNA Metabarcoding
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**专业术语翻译摘要：**
潮间带泥滩是全球重要的觅食栖息地，然而其在支持中大西洋中途停歇地迁徙鸻鹬类方面的作用仍知之甚少。研究人员在2023–2024年春季迁徙期（5月14日至6月2日）比较了弗吉尼亚堰洲岛及泻湖系统中泥滩、堰洲岛沙质和泥炭基质上的鸻鹬类栖息
**专业术语翻译摘要：**
潮间带泥滩是全球重要的觅食栖息地，然而其在支持中大西洋中途停歇地迁徙鸻鹬类方面的作用仍知之甚少。研究人员在2023–2024年春季迁徙期（5月14日至6月2日）比较了弗吉尼亚堰洲岛及泻湖系统中泥滩、堰洲岛沙质和泥炭基质上的鸻鹬类栖息地利用情况，并联合使用粪便DNA宏条形码技术（fecal DNA metabarcoding）及同步的猎物可利用性数据，评估了黑腹滨鹬（*Calidris alpina*；n = 21）、红腹滨鹬（*Calidris canutus rufa*；n = 18）和半蹼滨鹬（*Calidris pusilla*；n = 21）在泥滩上的食性组成与猎物选择。鸻鹬类多度、物种丰富度和无脊椎动物密度在泥炭滩上最高，而各基质间的无脊椎动物群落组成存在差异。三种焦点物种表现出明显的栖息地关联：*C. alpina*在泥炭滩和泥滩上最为丰富，*C. c. rufa*在沙质和泥炭基质上最为丰富，*C. pusilla*则主要出现在泥滩。食性亦存在差异：*C. alpina*和*C. pusilla*摄食以甲壳类和蠕虫为主的混合无脊椎动物组合，而*C. c. rufa*主要以双壳类为食。生物被膜（biofilm），一种富含硅藻的微生物群落，在所有物种中均有检出，揭示了一条此前在中大西洋停歇地未被记录的营养途径。选择性分析表明，*C. alpina*和*C. c. rufa*对双壳类存在选择性摄食，而*C. pusilla*未表现出猎物选择证据，提示存在物种特异性的觅食策略。这些发现强调了在持续环境变化背景下，保护沿海停歇地栖息地异质性和连通性对于支持多样化鸻鹬类群落的重要性。
**论文解读文章：**
**研究背景与科学问题**
鸻鹬类（鸻形目Charadriiformes）正经历快速种群下降，尽管保护工作持续进行，但迁徙种群较留鸟种群下降更为显著，表明迁徙期间的压力可能在驱动种群趋势中发挥重要作用。全球大量迁徙鸻鹬类依赖沿海生态系统作为中途停歇地，在此关键能量积累期，人为胁迫（如土地利用变化、休闲干扰和污染）会降低栖息地质量并减少觅食效率，而气候变化（如海平面上升和气候变率）导致的栖息地丧失、食物可获得性变化和物候错配进一步加剧了脆弱种群的生存风险。
弗吉尼亚堰洲岛及泻湖系统是美国大西洋迁徙路线（U.S. Atlantic flyway）上具有国际重要意义的中途停歇地，每年支持超过10万只鸻鹬类，包括相当比例的美国联邦受威胁物种红腹滨鹬（*Calidris canutus rufa*）。已有研究表明，在弗吉尼亚停歇的*C. c. rufa*是双壳类专食者，但关于*C. c. rufa*和其他迁徙鸻鹬类如何在沿海景观中利用不同觅食栖息地，仍存在知识空白。潮间带泥滩是全球沿海生态系统中关键的觅食区域，然而弗吉尼亚泥滩上鸻鹬类的食性和猎物选择此前从未被记录。该信息缺失限制了对景观尺度鸻鹬类觅食生态学的理解，因此亟需开展研究以更好地为该关键停歇地的管理提供科学依据。
已有传统研究方法（行为观察、胃内容物分析和稳定同位素分析）存在难以检测软体猎物、具有侵入性且分类分辨率有限等不足。粪便DNA宏条形码（fecal DNA metabarcoding）提供了一种高分辨率、低干扰的方法，能够鉴定包括软体猎物在内的广泛猎物类群，特别适合研究*C. c. rufa*等敏感物种的食性。生物被膜（biofilm）——由蓝细菌和硅藻等单细胞真核生物组成的微生物群落——正日益被认识到是小型鸻鹬类春季迁徙期的重要食物资源。尽管在邻近的特拉华湾已观察到鸻鹬类的类似食草行为，但生物被膜摄入尚未在弗吉尼亚系统中通过分子方法得到确认或量化。
本研究旨在评估弗吉尼亚堰洲岛及泻湖系统中潮间带泥滩作为迁徙鸻鹬类春季迁徙觅食栖息地的生态重要性。研究提出四个假设：（1）在群落水平，各基质间的鸻鹬类栖息地利用和无脊椎动物密度相似，表明泥滩和堰洲岛构成互补的觅食栖息地；（2）在物种水平，基质利用存在差异，*C. alpina*和*C. pusilla*在泥滩上更丰富，而*C. c. rufa*在沙质和泥炭基质上更丰富；（3）所有焦点物种的食性中均包含生物被膜；（4）猎物选择存在种间差异，*C. c. rufa*优先选择双壳类，而*C. alpina*和*C. pusilla*表现为泛化种选择模式。
**研究内容与方法概述**
研究人员于2023–2024年春季迁徙期（5月14日至6月2日）在弗吉尼亚堰洲岛及泻湖系统（涵盖13个堰洲岛和58个泥滩，延伸约100 km）开展野外调查。共调查333个样点（沙质n = 176、泥炭n = 89、泥滩n = 68），记录到13,254只鸻鹬类及17个物种。同时采集333份底栖无脊椎动物柱状样（直径10 cm × 深度3.5 cm）以评估猎物可利用性。研究者在泥滩上机会性采集了三种焦点物种的粪便样本（*C. alpina* n = 21、*C. c. rufa* n = 18、*C. pusilla* n = 21，共60份），使用18S rDNA和23S rDNA标记进行粪便DNA宏条形码分析，以分别鉴定无脊椎动物猎物和生物被膜相关食物成分。统计分析采用Kruskal–Wallis检验比较不同基质间的栖息地利用和猎物密度差异，并使用基于网络零模型的方法（econullnetr包）评估猎物选择性。
**主要研究结果**
***3.1 各基质间的鸻鹬类和无脊椎动物组成***
研究发现，鸻鹬类多度、物种丰富度和无脊椎动物总密度在不同基质间存在显著差异。泥炭滩上鸻鹬类多度和物种丰富度最高，泥滩上最低，这与无脊椎动物密度在基质间的变化模式相一致。沙质和泥炭基质以甲壳类和双壳类为主，泥滩则由甲壳类（46%）和蠕虫（43%）构成。焦点物种的基质利用与其觅食生态学一致：*C. alpina*在泥炭滩上多度最高，*C. pusilla*在泥滩上的利用多于沙质基质，*C. c. rufa*主要利用泥炭滩和沙质基质。整体上，沙质、泥炭和泥滩基质上记录的9个物种（53%的17个记录物种）被列为弗吉尼亚野生动物行动计划中关键至中度保护关注物种。泥滩上总物种丰富度最高（n = 15），其次是泥炭（n = 13）和沙质（n = 12）。
***3.2 鸻鹬类食性组成***
基于18S rDNA标记的分析结果显示，三种焦点物种的食性存在显著差异。*C. alpina*主要摄食甲壳类（78.9% FOO）和双壳类（57.9% FOO）及多毛类蠕虫（57.9% FOO）。*C. c. rufa*的食性以双壳类为主（83.3% FOO），其中贻贝（*Mytilus edulis*）是最常见的猎物。*C. pusilla*的食性最为广泛，主要由甲壳类（65% FOO）和蠕虫（40% FOO）及昆虫（30% FOO）组成。
***3.2.2 食性中的生物被膜和藻类成分***
研究人员通过18S和23S两种标记均成功检测到生物被膜。基于18S标记，*C. c. rufa*（77.8% FOO）和*C. pusilla*（55% FOO）的食性中生物被膜贡献超过1% RRA和wPOO。基于藻类特异性的23S测序，三种焦点物种的食性中均检测到生物被膜（87.2%的样本）。生物被膜组成存在种间差异：*C. alpina*和*C. pusilla*中的微藻主要为*Ostreococcus* spp.（绿藻门），而*C. c. rufa*主要摄食定鞭藻科（Chrysochromulinaceae）的微藻。三种物种食性中的硅藻主要为舟形藻科（Naviculaceae）代表。大型藻类在三种物种食性中均存在，以*C. alpina*中最丰富。
***3.3 猎物选择***
猎物选择性分析揭示了种间差异。*C. c. rufa*表现出最强的选择性（60%的猎物类群消费频率偏离预期），*C. alpina*表现出中等选择性（40%偏离），而*C. pusilla*未检测到选择性（0%偏离）。*C. alpina*和*C. c. rufa*均比预期更频繁地摄食双壳类，同时回避蠕虫（两者）和甲壳类（*C. c. rufa*）。*C. pusilla*则按比例摄食所有可获得的无脊椎动物。
**讨论与结论**
本研究首次在弗吉尼亚堰洲岛及泻湖系统中同时评估了跨基质（沙质、泥炭、泥滩）的鸻鹬类栖息地利用，并首次通过粪便DNA宏条形码表征了泥滩上三种迁徙鸻鹬类的春季迁徙食性。研究发现，泥滩在暴露时发挥重要觅食栖息地功能，支持与堰洲岛潮间带相当的鸻鹬类群落组合。不同基质间猎物组成的变化和物种特异性觅食模式表明，鸻鹬类在精细空间尺度上对栖息地利用进行分化，支持了保护栖息地异质性以维持多样化迁徙策略的观点。
*C. pusilla*的广食性泛化策略与其在整个迁徙范围内记录的觅食模式一致，而*C. alpina*的中等食性宽度和猎物选择表明其处于机会性取食和偏好高收益猎物之间的平衡。*C. c. rufa*维持了双壳类专食性，即使在双壳类相对稀缺的泥滩上也强烈选择双壳类，但相比堰洲岛，其在泥滩上摄食更广泛的双壳类类群和更多的替代性猎物（软体猎物），表明该物种在该系统中的栖息地和猎物来源灵活性可能比以前认为的更大。*C. alpina*对双壳类的选择可能与其较高的能量密度（如*M. edulis*的脂肪含量可比多毛类高10%）相关。
生物被膜在三种焦点物种食性中的检出提供了直接分子证据，表明弗吉尼亚系统中的迁徙鸻鹬类利用了微生物基础的食物资源，这是一个关键的新发现。尽管粪便DNA宏条形码无法完全排除环境污染或次生摄食，但多种独立证据支持生物被膜作为真实食性成分的解释，包括其他区域的行为观察、形态适应（21种鸻鹬类具有舌刷毛）、以及中大西洋地区对*C. alpina*和*C. pusilla*的直接摄食行为观察。对于*C. c. rufa*而言，生物被膜可能是在无脊椎动物猎物减少期间的重要补充资源。
研究还通过宏条形码技术在*C. alpina*和*C. c. rufa*食性中检测到入侵性甲壳类中华绒螯蟹（*Eriocheir sinensis*），展示了DNA工具在监测生物入侵及其对鸻鹬类食性和行为生态影响方面的独特潜力。
研究结论强调，弗吉尼亚堰洲岛及泻湖系统中的迁徙鸻鹬类依赖于不同基质、猎物类型和觅食策略的组合，凸显了采取景观尺度管理方法保护异质性潮间带栖息地的必要性。将生物被膜认定为有价值的食性成分，挑战了高质量鸻鹬类栖息地的传统定义，并强调了维持支持生物被膜生产和无脊椎动物猎物生物多样性的自然沉积物动态的重要性。管理措施应考虑通过创建或恢复潮间带区域来抵消海平面上升造成的栖息地损失，并将觅食生态学与地貌动力学研究相结合，以指导快速变化沿海生态系统中的有效保护行动。
