《Ecosphere》：Dendrochronology and remote sensing reveal beaver occupancy and colonization dynamics in an expanding Arctic population
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本文创新性地将树木年轮学（dendrochronology）与卫星影像时间序列分析相结合，重构了北美海狸在加拿大北极地区因纽维亚卢特定居区的定殖历史及其水文影响。研究者通过对被啃食灌木的交叉定年，确定海狸在2008年至2023年期间的活动，并利用遥感（remote sensing）检测到与海狸筑坝相关的地表水面积急剧扩张。两种独立方法的结果相互印证，证实了海狸在北极苔原的北扩及其对水文过程的显著影响。
引言
在气候变化和人类活动转变的背景下，许多物种的分布正在发生变化。北美海狸在北极苔原地区的北扩，是近期一个可能对生态系统和当地社区产生重要影响的物种分布变化案例。海狸作为生态系统工程师，能够通过筑坝和建造巢穴显著改变溪流水文状况，并可能加剧气候变暖对北极的影响，例如通过扩大地表水面积和淹没促进永久冻土融化、土壤退化以及增加甲烷释放。北极原住民社区高度依赖环境进行生计活动和文化认同，海狸种群的变化及其对湖泊、河流以及文化习俗的潜在影响，已成为当地组织和社区关注的优先事项。因此，理解海狸占据历史的动态对于评估其生态影响至关重要，但在缺乏历史数据的情况下，需要新方法来填补这一知识空白。
研究方法
本研究在加拿大西北地区因纽维亚卢特定居区进行，该地区位于低北极苔原生态区，具有连续永久冻土、低起伏地形和高密度的湖泊与溪流。研究沿海狸活动迹象，沿约130公里的样线调查，共检测到60个海狸巢穴和/或水坝地点。在三个沿海拔梯度分布的重点地点，研究人员采集了94个具有啃食痕迹的柳属和桤木灌木茎干。为了重建啃食历史并推断过去的海狸占据情况，这些样本与在调查样线上采集的99个未受啃食灌木建立的区域灌木年轮年表进行交叉定年。此外，研究在一个巢穴-水坝复合体地点，采用了基于遥感的时间序列分解方法，以检测和表征地表水变化。
研究结果
灌木年轮分析结果表明，海狸在该地区的占据始于2008年。最北端地点（ITHD53）的记录显示海狸在2008年至2022年间活动，中部地点（ITHDL90）在2015年至2022年间，而南部地点（ITHDL11）则在2011年至2023年间。对其中一个地点的遥感分析显示，在水坝上游区域，2015年至2019年间检测到地表水面积的急剧变化，这与2015年至2021年间检测到的海狸啃食活动时期相吻合。两种独立方法得出的结果具有一致性，增强了所采用方法的可靠性，并将海狸的啃食活动与其水文影响联系起来。
讨论
研究结果表明，结合树木年轮学和卫星影像时间序列分析的方法，可以成功应用于北极其他地区，以深入了解海狸范围的北扩及其在水文方面的影响。尽管北极灌木的交叉定年具有挑战性，但通过木材解剖学薄片、参考年轮宽度年表和特征年份的应用，成功实现了啃食事件的高分辨率定年。海狸占据模式的差异可能与群体密度、水坝存在情况以及灌木可用性有关。例如，在某个地点观察到的啃食高峰与筑坝和巢穴建设相关的地表水扩张时期一致。此外，海狸对柳属和桤木的取食偏好可能发生变化，这可能反映了首选饲料的消耗或筑坝活动的时期。
遥感方法在其中一个地点成功检测到与海狸相关的地表水扩张，但在其他地点未检测到显著变化，这可能与水坝的规模、位置、短暂性或景观特征有关。两种方法的结合为监测快速变化环境中生态系统工程师的范围动态提供了一个有前景的模型。然而，该研究也存在一定的局限性，例如灌木年轮数据序列较短、样本量较小带来的统计不确定性，以及缺乏系统的历史观测数据用于独立验证推断的占据情况。未来的研究可以在具有长期海狸种群调查的地区应用所开发的树木年轮学方法，以校准检测到的啃食强度与已知历史种群水平的关系。
结论
本研究通过结合重建的啃食历史和检测海狸相关的地表水突变，为加拿大西部北极苔原地区过去的海狸占据情况提供了新的见解。重建的占据历史表明，至少自2008年以来，海狸在该北极范围边缘持续活动，并且啃食强度和物种选择的变异性可能促进长期的植被变化。在一个受海狸影响的地点检测到的急剧且持续的地表水扩张与啃食活动相关，表明了一次由海狸驱动的洪水事件。两种独立新方法得出的趋同结果增强了所用方法的有效性，并将啃食活动与水文影响联系起来。树木年轮学数据和卫星影像时间序列在识别海狸活动年份及相关水文影响方面的成功应用表明，该方法可在其他地方推广，以深入了解海狸范围的北扩、种群动态及其在北极分布区北缘的水文影响。
