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                動物所合作團隊明確大尺度氣候對動物種群動態具有廣泛影響

                  隨著氣候變化和人類活動不斷加劇,人類社會正面臨一系列生態危機和挑戰,如物種滅絕、資源枯竭、有害生物暴發、動物疫病流行等。研究和揭示大尺度氣候對動物種群時空動態的影響,對于應對和緩解氣候變化的生態影響與后果至關重要。

                  過去有關氣候變化對動物種群的影響研究大多局限于小尺度、局地性氣候(如溫度、降水等)的作用,但不能很好地解釋許多動物大范圍、同步發生的現象。1924年,Elton曾提出某種大尺度氣候(如太陽黑子、火山噴發)可能驅動了北歐旅鼠和田鼠、北美雪兔和猞猁等種群的大范圍周期波動,但這一大尺度氣候假說一直未得到證實。

                  上世紀90年代,新的大尺度氣候因子如厄爾尼諾和南方濤動(ENSO)、北大西洋濤動(NAO)被認識。ENSO是指赤道中東太平洋海溫異常升高(反之為拉尼娜)現象,導致了太平洋熱帶地區的大氣環流和氣候異常。NAO是指冰島和亞速爾的氣壓差變化現象,影響北大西洋西風的方向及強度,導致北美、歐洲的氣候異常。近30年來,有關厄爾尼諾、北大西洋濤動對動物種群動態影響的研究逐漸得到深入和積累,但其對不同地域、不同類群動物種群的影響是否存在差異?以及其內在的生態學機制和過程是什么?等諸多問題仍不清楚。

                  中國科學院動物研究所張知彬研究員領導的科研合作團隊通過檢索并整理大量文獻,對561種動物的研究數據進行了數理統計和模型分析,明確了ENSO、NAO對動物種群影響具有廣泛性,其影響涉及鳥、獸、兩爬和昆蟲等類群、遍布全球各大洲(圖1)。

                  在類群上,在ENSO正時相(厄爾尼諾期),更多獸類和昆蟲種群有上升趨勢,更多鳥類種群在NAO正時相有增多趨勢。在作用強度上,厄爾尼諾正時相對昆蟲的影響顯著,而NAO正、負時相分別對獸類、昆蟲的影響顯著(圖2)。有81種動物種群與ENSO或NAO存在兼具正負作用的非單調關系。

                  在地域上,ENSO對動物種群的影響覆蓋了傳統氣候理論認為的地理區域(太平洋熱帶地區),但該研究發現ENSO對動物的影響大大超出了其核心范圍,可遠至北大西洋及歐洲地區。NAO對動物種群的影響局限在北美和西歐,與氣候理論認為的區域相符。

                  與小尺度氣候假說不同,大尺度氣候假說中的ENSO、NAO通過影響大氣環流、洋流來改變局地小氣候,進而通過食物資源、棲息地、種內和種間相互作用等直接、間接作用來影響動物種群(圖3)。未來大尺度氣候生態學研究要側重上行級聯效應(bottom-up chain effects)、生態緩沖效應(ecological buffers)、波動同步效應(synchronizers of cycles)、非單調效應(non-monotonic effects)等。生態緩沖效應、非單調效應可能影響氣候變化的時空同步性。另外,ENSO、NAO的信號往往早于小尺度氣候及動物種群變化,故其可作為有害生物控制、瀕危動物保護、資源動物管理的早期預警信號,但這方面機制性的研究仍待加強。

                  該研究于2022年8月以" Broad-scale climate variation drives the dynamics of animal populations: a global multi-taxa analysis "為題發表于Biological Reviews上,中國科學院動物研究所農業蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室萬辛如助理研究員為第一作者,張知彬研究員為通訊作者,來自加州大學、斯特拉斯堡大學、斯坦福大學、不列顛哥倫比亞大學、奧斯陸大學的研究人員參與了該項研究。該研究得到了國家自然科學基金重大項目(32090021)、“一帶一路”國際科學組織聯盟(ANSO)項目(ANSO-CR-KP-2020-08)、中科院先導項目(XDB11050300)、國際動物學會BCGC等基金、項目的支持。

                  全文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/brv.12888

                  WAN, X., HOLYOAK, M., YAN, C., LE MAHO, Y., DIRZO, R., KREBS, C. J., STENSETH, N. C. & ZHANG, Z. (2022). Broad-scale climate variation drives the dynamics of animal populations: a global multi-taxa analysis. Biological Reviews.

                圖1. ENSO、NAO影響獸類、鳥類、昆蟲及兩爬類種群動態的地理范圍。(自Wan et al. 2022, Biological Reviews)

                圖2. ENSO、NAO影響獸類、鳥類及昆蟲種群動態的強度。(自Wan et al. 2022, Biological Reviews)

                圖3大尺度氣候通過局地小氣候影響動物種群的作用路徑(A)及相關機制(B)。(自Wan et al. 2022, Biological Reviews)

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