参与式科学揭示萨利希海河口群落高分辨率动态及热浪响应机制

《Frontiers in Marine Science》：High-resolution monitoring of Salish Sea estuarine communities through participatory science

　　本文通过华盛顿海Grant Crab Team参与式科学项目，系统分析了萨利希海河口移动性表栖动物群落七年高分辨率监测数据，揭示了不同生境类型（河道、潟湖、潮滩）的群落结构差异及季节性动态，并发现2021年大气热浪事件对区域尺度群落影响不显著，凸显了参与式科学在捕捉高动态生态系统变化中的独特价值。

　　

引言

全球变化因子如气候紊乱、栖息地丧失和生物入侵正以急性和慢性方式影响近岸和潮间带生态群落。尽管生物监测旨在追踪生态群落随时间的变化，但采样方案、环境压力源与目标生态响应之间的时间不匹配常限制监测数据在检验变化假说中的效用。参与式科学（或称公民科学）能扩大监测的时空尺度，通过更高分辨率和更广范围的数据提升统计效能，从而探测全球变化如何改变高动态性生态群落。

本研究评估了华盛顿海Grant Crab Team参与式科学数据集对萨利希海近岸移动性表栖动物群落的洞察，包括群落跨生境类型和时间的差异，以及对2021年大气热浪的响应。近岸群落在河道、潟湖和潮滩生境类型间存在差异，群落指标和物种组成与各生境的环境特征一致。尽管这些群落经历高季节性变异，但生境类型差异在七年数据收集中保持稳定。虽然2021年热浪导致部分站点水温异常升高，但在区域尺度上未检测到短期或长期生态影响。两个因素可能重要：监测对象为移动性表栖动物，它们可能通过迁移缓解极端事件影响；热浪期间水温很少超过站点年内其他时段经历的温度。这些动态环境中观察到的生态群落季节性变异提示，应避免瞬时采样，转而采用高时间分辨率方法（如参与式科学所能提供），以准确区分急性压力效应与自然变异的噪声。

方法

研究系统聚焦于美加边境的萨利希海，该海域受胡安·德富卡海峡狭窄开口保护，受大型冰川补給河流输入影响，具有低波浪能和半咸水特征（26–29 PSU）。2021年6月25日至7月2日，太平洋西北地区经历大气热浪，气温连续数日较常年偏高10°C至20°C，该事件被归因于气候变化，且分析表明是过去千年未有的极端事件。热浪恰逢年度最低日间潮汐，使潮间带生物在高峰太阳辐射下暴露于异常高温。后续报告显示潮间带双壳类大规模死亡，但物种响应受自然史和局部环境条件影响。

Crab Team网络诱捕采用参与式科学模型，自2015年启动，旨在早期检测入侵欧洲绿蟹。监测站点由工作人员选定，针对绿蟹入侵早期生存适宜性高的生境，分为潟湖、盐沼河道和潮滩三类。每月4月至9月设置六个诱饵陷阱过夜，使用两种陷阱类型（Gee minnow陷阱和Fukui多物种海洋陷阱），陷阱内容物拍照记录并由参与者按协议分类记录。数据提交后由工作人员按月审核，匹配记录与照片。

统计分析采用多元广义线性模型（mvabund包）分析所有物种丰度，使用负二项分布，以生境类型、年份及其交互作用为预测变量。同时计算单变量群落指标（总丰度、物种丰富度、Shannon多样性指数）和群落稳定性指标（物种更替率、平均秩移）。热浪影响通过比较2021年5月至7月群落变化与其他年份模式，结合水温数据（部分站点部署温度记录仪）和Cohen’s D效应大小分析。

结果

群落跨生境差异显示，潟湖总丰度最高（315.8±10.14个体/站点），河道次之（272.3±11.88），潮滩最低（221.5±12.86）。物种丰富度潟湖最高（4.1±0.06），潮滩次之（3.9±0.09），河道最低（3.2±0.05）。Shannon多样性指数潮滩最高（0.6±0.02），潟湖中等（0.5±0.01），河道最低（0.4±0.01）。多元分析表明群落组成跨生境类型显著差异（ANOVA；LR_2,32=612.9，p=0.001），由20个物种驱动，包括Batillaria attramentaria、Cancer productus、Metacarcinus gracilis等。河道以Crangonid虾和Cottus asper为特征；潟湖和河道有更多Gasterosteus aculeatus和Hemigrapsus nudus；潟湖富集Majidae、Caprellidae、Pagurus hirsutiusculus等；潮滩以Batillaria attramentaria为主，Haminoea spp.、Metacarcinus gracilis等丰度较高。时间模式上，总丰度在河道和潟湖随采样季节增加，潮滩中期峰值后下降；物种丰富度和多样性指数季节性变异大，无一致模式。群落稳定性方面，潮滩总更替率最高（0.41±0.01），潟湖中等（0.40±0.01），河道最低（0.35±0.01）；平均秩移潮滩最高（0.36±0.03）。年份或年份×生境交互作用对群落组成无显著影响。

热浪影响分析显示，2021年热浪期间部分站点水温超过其他年份同期，但趋势上河道站点受影响大于潟湖。群落指标在2021年未出现异常波动，多变量群落组成在热浪年5月至7月无显著变化（ANOVA；LR_1,91=38.0，p=0.227）。个体物种中，仅Hemigrapsus oregonensis和Cymatogaster aggregata在潟湖5月至7月丰度增加，但其他年份也有类似趋势，非热浪特有。其他物种效应大小置信区间均含零，无显著净变化。

讨论

本研究通过527名参与者、49个站点、七年努力（28,232小时），捕获568,281个体、56个物种，展示了参与式科学在获取高分辨率高质量数据方面的有效性。群落组成跨生境差异稳定：河道环境变异大，群落稳定、低多样性；潟湖半封闭、低扰动，支持高丰度、高丰富度群落；潮滩浸没压力大，物种高耐受性或高移动性，导致高多样性但低稳定性。未检测到年际变化可能因季节性变异高掩盖长期趋势。热浪未引起显著群落变化，可能因移动性表栖动物迁移能力、水温未超年内耐受范围，或群落已适应环境波动。参与式科学设计关键包括数据提交验证（数据表-照片对）、站点特征描述、非目标物种监测，建议未来项目注重协议设计、质量保证和数据共享，以提升科学产出和参与者收益。