商业捕捞加剧升温对海洋捕食者-猎物相互作用的放大效应

《Nature Communications》：Commercial fishing amplifies impacts of increasing temperature on predator-prey interactions in marine ecosystems

本研究针对升温与捕捞压力如何共同影响海洋食物网能量通量的科学问题，通过分析北大西洋35年间5万余个捕食者胃容物数据，发现温度升高会导致捕食者-猎物体重比(PPMR)增加1.8%/℃，而高强度捕捞会使此效应放大至4.8%/℃。这种协同效应主要源于高强度捕捞区猎物体型的种内减小，导致能流效率降低。研究成果为基于生态系统的渔业管理提供了关键科学依据。

　　

在浩瀚的海洋中，捕食者与猎物之间的相互作用如同精密的齿轮，驱动着整个生态系统的能量流动与稳定运行。然而，全球气候变暖与人类捕捞活动正以前所未有的力度改变着这场生命博弈的规则。海水温度持续上升，商业捕捞强度不断加大，两者如何共同重塑海洋食物网的结构与功能，成为生态学家和渔业管理者亟需破解的科学难题。

传统观点认为，升温会导致生物体型普遍缩小，但这种变化在食物网不同营养级之间是否同步发生？捕捞压力是否会加剧升温的生态效应？这些问题对预测未来海洋生态系统的稳定性至关重要。特别是捕食者与猎物体重比(PPMR)，作为衡量能量传递效率的关键指标，其对环境变化的响应机制尚不明确。现有模型通常将PPMR设为固定值，忽略了生物对环境适应的可塑性，这可能导致对未来渔业资源预测的严重偏差。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，Amy L. Shurety领衔的研究团队通过分析北大西洋35年(1981-2016年)的53,444个捕食者胃容物数据，揭示了温度与捕捞压力对海洋捕食者-猎物相互作用的复合效应。研究发现，随着温度升高，PPMR显著增加，且这种效应在高强度捕捞区域被急剧放大。这一发现挑战了传统认知，为理解多重压力下海洋生态系统的响应提供了新视角。

研究团队采用多源数据整合分析方法，主要技术手段包括：利用Dapstom胃容物数据库的313,953条观测记录计算PPMR；结合Copernicus卫星和原位观测的海表温度数据；整合欧盟渔业科学技术经济委员会(STECF)的拖网努力量数据；运用混合效应模型分析环境因子与生态指标的关系；通过非度量多维标度(nMDS)分析群落组成变化。

温度与捕捞努力量对PPMR的影响

在整个北大西洋区域，PPMR随温度升高显著增加(t₆₄₇₆₄=23.29；p<0.001，R²=0.45)。温度每升高1℃，PPMR增加1.8%，整个温度梯度内预计增加30%。纬度是温度影响PPMR的主要贡献因子，季节和水柱深度的贡献较小。捕捞努力量与温度存在显著的交互作用(t₆₂₄₃₆=2.99，p=0.003，R²=0.48)，低捕捞强度区域PPMR仅增加1.3%/℃，而高捕捞强度区域增幅达4.8%/℃。

温度对体重、猎物数量和丰富度的单一效应

温度对捕食者平均体重无显著影响(t₆₆₆₀=1.93，p=0.053)，82%的捕食者物种(占生物量99%)的体重在温度梯度上保持稳定。相反，猎物体重随温度升高显著降低(t₆₆₆₀=-9.92，p<0.001，R²=0.83)，58%的猎物物种(占生物量77%)出现种内体型减小。猎物数量(t₆₆₆₀=-4.91，p<0.001)和物种丰富度(t₆₆₆₀=-6.42，p<0.001)随温度升高而增加，捕食者倾向于选择更大体型的猎物。nMDS分析显示猎物类群体型与温度无明确关系，表明群落组成变化对猎物体重减少的贡献有限。

温度与捕捞的交互效应

温度与捕捞对捕食者体重无显著交互效应，但显著影响猎物体重(t₆₂₄₃₆=-9.92，p<0.001)。低捕捞努力量下猎物体重随温度略有增加，而高捕捞努力量下显著降低。捕捞努力量改变了猎物数量与温度的关系(t₆₀₈₅=15.0，p<0.001)，低捕捞下各体型等级猎物数量随温度升高减少，高捕捞下则增加。猎物物种丰富度存在显著的交互效应(t₆₀₈₅=5.19，p<0.001)，大型猎物类群在高温高捕捞区域丰富度增加更明显。nMDS显示较大型猎物类群倾向于出现在高捕捞区域，但捕捞努力量仅解释体型变异的4%。

研究结论表明，商业捕捞显著放大了温度升高对PPMR的影响效应，这种协同作用主要源于高强度捕捞区猎物体型的种内减小。尽管捕食者通过选择大型猎物尝试补偿，但无法逆转群落水平PPMR增加的趋势。升高的PPMR与较弱的营养级相互作用相关，虽然可能缓冲强烈的振荡动态，但也会降低生态系统内的能量传递效率。

该研究的创新之处在于首次在大时空尺度上量化了温度与捕捞对PPMR的交互效应，揭示了生理机制(种内体型变化)而非群落组成机制的主导作用。研究成果对改进生态系统模型具有重要意义，证明PPMR应作为动态参数而非固定值纳入预测模型。研究强调，气候变化影响在商业渔业集中区域将更加显著，呼吁将气候变化政策与渔业管理相结合，实施基于生态系统的管理策略，以维护海洋食物网的结构稳定和功能完整性。