《Ecological Solutions and Evidence》：Salmon watershed archetypes: A clustering of cumulative pressures and climate change
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本文通过k-means聚类算法，基于森林干扰、城市化、采矿、地理特征和气候变化等17个指标变量，将加拿大不列颠哥伦比亚省152个鲑鱼流域划分为8种具有独特压力特征的原型（如城市型、中海拔偏远型、沿海林业型等）。研究发现，不同鲑鱼物种在不同原型中的分布存在显著差异，且受干扰程度较高的原型中包含更多处于不良状态的种群。该研究为制定针对性的累积效应管理措施提供了空间分析框架，对保护具有重要生态和文化价值的太平洋鲑鱼（Oncorhynchus spp.）具有重要实践意义。
引言
全球分析表明，土地利用变化和气候变化是21世纪生物多样性丧失的两个主要驱动因素。为了理解这些驱动因素造成的累积危害，累积效应研究量化了跨空间和生态尺度的多种压力组合影响的分布和模式。影响因区域和生态系统对多种压力的暴露水平而异。例如，在全球尺度上，高纬度地区的变暖速度大约是中低纬度地区的四倍。太平洋鲑鱼（Oncorhynchus spp.）是一个多样性的洄游物种群体，在其广阔的分布范围内遭受多种压力的累积效应影响。鲑鱼流域的主要土地利用改变包括采矿、农业、城市化、森林采伐和火灾。这些活动可能改变流域水文和水温，改变或破坏栖息地，并通过添加污染物降低水质。鲑鱼巨大的生活史多样性和空间分布范围导致其暴露于累积效应的模式不同，进而导致一系列复杂的种群特异性反应。理解不同累积效应组合的空间分布是为经历不同挑战组合的区域制定定制化路径的重要前提。
材料与方法
研究区域涵盖加拿大不列颠哥伦比亚省（BC）152个鲑鱼栖息流域组。分析了11项土地利用变化指标、3项流域地理特征指标和3项预测气候变化指标。数据来源于太平洋鲑鱼基金会（PSF）鲑鱼流域探索者数据库、ClimateNA以及BC淡水地图集等。气候变量使用共享社会经济路径1-2.6（SSP1-2.6）情景，计算2011-2040年相对于1961-1990年历史常态的均值变化。使用k-means无监督分类算法进行聚类分析，最佳聚类数量通过间隙统计量确定。使用主成分分析（PCA）检查聚类的变异性。最后，根据已知的产卵区域和生物状态对聚类进行分层分析。
结果
聚类结果
k-means分类确定了8个独特的流域压力原型集群。PCA结果显示前两个主成分代表了数据集中58%的变异性。各原型集群的指标值分布存在差异。例如，城市集群在道路密度、线性开发、河流交叉口密度和废水排放方面值最高。中海拔偏远型、山地型和偏远海岸型在人为干扰指标上值较低，但在气候变化变量上值较高。这些原型集群在空间上存在共现现象。
产卵区域
特定物种的产卵区域在不同原型集群中的分布不均匀。例如，奇努克鲑鱼（Oncorhynchus tshawytscha）和红鲑（Oncorhynchus nerka）的产卵地分布模式各异。
生物状态
太平洋鲑鱼的种群状态在不同原型集群间差异很大。低干扰原型（如偏远海岸型和中海拔偏远型）中处于“良好”状态的保护单元（CU）比例最高。随着干扰水平的增加，处于良好或一般状态的CU数量减少。值得注意的是，大部分CU处于“数据不足”状态，数据可用性在不同原型和物种间存在差异。
讨论
本研究描述了不列颠哥伦比亚省鲑鱼种群和流域中累积压力共现的空间模式。结果表明，基于人类活动和气候变化指标的空间共现，存在八个不同的流域原型。低干扰原型包含更多状态良好的鲑鱼种群，而高干扰原型则有更多灭绝种群。压力分布并非随机，某些原型在空间上聚集，而其他原型则分散分布。识别出的两个以气候变化指标高值为特征的原型（偏远海岸型和山地型）均位于高纬度地区。鲑鱼种群状态是管理与不断变化的海洋和陆地条件之间相互作用的产物，在不同压力特征的原型中有所不同。由于不同鲑鱼物种的生活史和分布范围不同，它们暴露于累积压力的模式也不同。描述鲑鱼流域累积压力的空间模式是为前瞻性保护决策和规划提供信息的关键部分。
结论
研究表明累积压力在整个BC省鲑鱼流域中空间上共现。基于共享压力剖面将流域分组，使得表征八种流域累积效应原型成为可能。检查每个原型内太平洋鲑鱼的产卵栖息地位置和种群状态，揭示了不同物种如何暴露于累积压力。通过描述鲑鱼流域原型，本研究为土地利用规划者、保护实践者和渔业管理者提供了帮助保护这群具有文化、经济和生态重要性的物种的前进方向。此外，本文描述的原型方法可应用于其他具有自然条件和多种压力混合的大区域，以检查物种对累积压力的暴露和共现情况。
