Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mất đi tiềm năng hỗ trợ giữa môi trường nước và môi trường trên cạn dọc theo vùng đồng bằng sông Missouri
Tóm tắt
Các vùng đồng bằng của những con sông lớn đã bị biến đổi nặng nề do sự phát triển ven sông và những điều chỉnh kênh, cả hai đều có thể loại bỏ các môi trường sống nông trong các vùng ngoài kênh. Tầm quan trọng của những môi trường sống này đối với các sinh vật thủy sinh như cá đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Tuy nhiên, việc mất đi môi trường sống ngoài kênh cũng loại bỏ các môi trường sống cho sự sản xuất của các loài côn trùng thủy sinh mới nổi, vốn cung cấp thêm nguồn thức ăn cho các loài tiêu thụ ở khu vực ven bờ trong mạng lưới thực phẩm trên cạn. Chúng tôi đã sử dụng các mẫu thu thập hiện trường về sự xuất hiện của côn trùng, lập bản đồ lịch sử và mô hình thống kê để ước tính sự mất mát côn trùng phát sinh do các thay đổi kênh dọc theo tám đoạn của sông Missouri (Mỹ), bao gồm 1566 km sông, từ năm 1890 đến 2012. Chúng tôi ước tính rằng sản lượng côn trùng thủy sinh mới nổi hàng năm đã giảm trung bình 36,000 kgC (khoảng tin cậy 95%: 3000 đến 450,000) từ năm 1890 đến 2012 (mất 34%), do sự mất mát diện tích bề mặt trong các vùng nước lạ và các môi trường sống ngoài kênh liên quan. Dưới giả định bảo thủ rằng các loài chim ven sông lấy 24% ngân sách năng lượng hàng năm từ côn trùng thủy sinh trưởng thành, lượng côn trùng mất đi này sẽ đủ để hỗ trợ khoảng 790,000 loài chim rừng ven sông trong mùa sinh sản và làm tổ (từ tháng 5 đến tháng 8; khoảng tin cậy 95%: 57,000 đến 10,000,000). Hầu hết sự mất mát này tập trung ở những đoạn hạ lưu của sông Missouri, vốn có đồng bằng rộng lớn, một kênh ngoằn ngoèo và mật độ môi trường sống ngoài kênh cao trong lịch sử, nhưng đã bị giảm đáng kể do việc kênh hóa và ổn định bờ. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng sự mất mát các môi trường sống ngoài kênh trong vùng đồng bằng sông lớn có khả năng ảnh hưởng đáng kể đến sự sẵn có năng lượng cho các loài ăn côn trùng ven sông, từ đó thể hiện tầm quan trọng của việc duy trì và phục hồi các môi trường sống này cho các hệ sinh thái nước-lên cạn liên kết.
Từ khóa
#sông Missouri #côn trùng thủy sinh #môi trường sống #sinh thái #đồng bằng #năng lượng #động vật ăn côn trùng ven sôngTài liệu tham khảo
Aarts BGW, Van Den Brink FWB, Nienhuis PH. 2004. Habitat loss as the main cause of the slow recovery of fish faunas of regulated large rivers in Europe: the transversal floodplain gradient. River Res Appl 20:3–23.
Allen DC, Wesner JS. 2016. Synthesis: comparing effects of resource and consumer fluxes into recipient food webs using meta analysis. Ecology 97:594-604. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1890/15-1109.1/full.
Anderson KJ, Jetz W. 2005. The broad-scale ecology of energy expenditure of endotherms. Ecol Lett 8:310–18.
Bartrons M, Papeş M, Diebel MW, Gratton C, Vander Zanden MJ. 2013. Regional-level inputs of emergent aquatic insects from water to land. Ecosystems 16:1353–63.
Baxter CV, Fausch KD, Carl Saunders W. 2005. Tangled webs: reciprocal flows of invertebrate prey link streams and riparian zones. Freshw Biol 50:201–20.
Benke AC. 2001. Importance of flood regime to invertebrate habitat in an unregulated river–floodplain ecosystem. J North Am Benthol Soc 20:225–40.
Benson A. 2011. Effects of forest type and age class on songbird populations across a cottonwood successional gradient along the Missouri River. (Master’s Thesis), University of South Dakota.
Bürkner P-C. 2017. Advanced Bayesian Multilevel Modeling with the R Package brms. https://journal.r-project.org/archive/2018/RJ-2018-017/RJ-2018-017.pdf.
Cadmus P, Pomeranz JPF, Kraus JM. 2016. Low-cost floating emergence net and bottle trap: comparison of two designs. J Freshw Ecol 31:653–8.
Cummins KW, Wuycheck JC. 1971. Caloric equivalents for investigations in ecological energectics: with 2 figures and 3 tables in text. Internationale Vereinigung für Theoretische und Angewandte LImnologie: Mitteilungen 18:1–158.
Dixon MD, Johnson WC, Scott ML, Bowen DE, Rabbe LA. 2012. Dynamics of plains cottonwood (Populus deltoides) forests and historical landscape change along unchannelized segments of the Missouri River, USA. Environ Manage 49:990–1008.
Dunning JB. 2007. CRC Handbook of Avian Body Masses, Second Edition. CRC Press.
Dutenhoffer MS, Swanson DL. 1996. Relationship of basal to summit metabolic rate in passerine birds and the aerobic capacity model for the evolution of endothermy. Physiol Zool 69:1232–54.
Dzialowski AR, Bonneau JL, Gemeinhardt TR. 2013. Comparisons of zooplankton and phytoplankton in created shallow water habitats of the lower Missouri River: implications for native fish. Aquat Ecol 47:13–24.
Epanchin PN, Knapp RA, Lawler SP. 2010. Nonnative trout impact an alpine-nesting bird by altering aquatic-insect subsidies. Ecology 91:2406–15.
Funk JL, Robinson JW. 1974. Changes in the channel of the lower Missouri River and effects on fish and wildlife. Aquatic Ser Missouri Dep Conserv.
Galat DL, Berry CR, Gardner WM, Hendrickson JC, Mestl GE, Power GJ, Stone C, Winston MR. 2005. Spatiotemporal patterns and changes in Missouri River fishes. American Fisheries Society Symposium 45:249–91.
Galat DL, Fredrickson LH, Humburg DD, Bataille KJ, Bodie JR, Dohrenwend J, Gelwicks GT, Havel JE, Helmers DL, Hooker JB, Jones JR, Knowlton MF, Kubisiak J, Mazourek J, McColpin AC, Renken RB, Semlitsch RD. 1998. Flooding to restore connectivity of regulated, large-river wetlands: natural and controlled flooding as complementary processes along the lower Missouri River. Bioscience 48:721–33.
Gladyshev MI, Arts MT, Sushchik NN. 2009. Preliminary estimates of the export of omega-3 highly unsaturated fatty acids (EPA+DHA) from aquatic to terrestrial ecosystems. In: Kainz M, Brett MT, Arts MT, editors. Lipids in Aquatic Ecosystems. New York, NY: Springer New York. pp 179–210.
Gratton C, Vander Zanden MJ. 2009. Flux of aquatic insect productivity to land: comparison of lentic and lotic ecosystems. Ecology 90:2689–99.
Grubaugh JW, Anderson RV. 1988. Spatial and temporal availability of floodplain habitat: long-term changes at pool 19, Mississippi River. Am Midl Nat 119:402–11.
Hamilton SK. 2009. Wetlands of Large Rivers: Flood plains. In: Likens GE, Ed. Encyclopedia of Inland Waters. Oxford: Academic Press. p 607–10.
Hastie TJ. 2017. Generalized Additive Models. Routledge.
Hesse LW, Mestl GE, Robinson JW. 1994. Status of Selected Fishes in the Missouri River in Nebraska With Recommendations for Their Recovery. Nebraska Game and Parks Commission – Staff Research Publications. 22.
Hixson SM, Sharma B, Kainz MJ, Wacker A, Arts MT. 2015. Production, distribution, and abundance of long-chain omega-3 polyunsaturated fatty acids: a fundamental dichotomy between freshwater and terrestrial ecosystems. Environ Rev 23:414–24.
Hoekman D, Dreyer J, Jackson RD, Townsend PA, Gratton C. 2011. Lake to land subsidies: experimental addition of aquatic insects increases terrestrial arthropod densities. Ecology 92:2063–72.
Johnson WC, Burgess RL, Keammerer WR. 1976. Forest overstory vegetation and environment on the Missouri river floodplain in North Dakota. Ecol Monogr 46:59–84.
Kennedy TA, Muehlbauer JD, Yackulic CB, Lytle DA, Miller SW, Dibble KL, Kortenhoeven EW, Metcalfe AN, Baxter CV. 2016. Flow management for hydropower extirpates aquatic insects, undermining river food webs. BioScience 66:561–75.
Liu M. 2015. Physiological and ecological measures of stopover habitat quality for migrant birds in natural riparian corridor woodlands and anthropogenic woodlots in southeastern South Dakota. (Doctoral dissertation, University of South Dakota).
Liu M, Swanson DL. 2014. Physiological evidence that anthropogenic woodlots can substitute for native riparian woodlands as stopover habitat for migrant birds. Physiol Biochem Zool 87:183–95.
Malison RL, Benjamin JR, Baxter CV. 2010. Measuring adult insect emergence from streams: the influence of trap placement and a comparison with benthic sampling. J N Am Benthol Soc 29:647–56.
Mestl GE, Hesse LW. 1993. Secondary productivity of aquatic insects in the unchannelized Missouri River, Nebraska. Pages 341–349 in Hesse LW, Stalnaker CB, Benson NG, Zuboy JR, eds. Restoration Planning for the Rivers of the Mississippi River Ecosystem. Washington (DC): US Department of Interior, National Biological Survey. Biological Report 19. http://naturalresources.intersearch.com.au/naturalresourcesjspui/handle/1/2301.
Morris LA, Langemeier RN, Russell TR, Witt A. 1968. Effects of Main Stem Impoundments and Channelization upon the Limnology of the Missouri River, Nebraska. Trans Am Fish Soc 97:380–8.
Munes EC, Dixon MD, Swanson DL, Merkord CL, Benson AR. 2015. Large, infrequent disturbance on a regulated river: response of floodplain forest birds to the 2011 Missouri River flood. http://doi.wiley.com/10.1890/ES15-00007.1.
Nakano S, Murakami M. 2001. Reciprocal subsidies: dynamic interdependence between terrestrial and aquatic food webs. Proc Natl Acad Sci USA 98:166–70.
Poff NL, Allan JD, Bain MB, Karr JR, Prestegaard KL, Richter BD, Sparks RE, Stromberg JC. 1997. The Natural Flow Regime. Bioscience 47:769–84.
Popova ON, Haritonov AY, Sushchik NN, Makhutova ON, Kalachova GS, Kolmakova AA, Gladyshev MI. 2017. Export of aquatic productivity, including highly unsaturated fatty acids, to terrestrial ecosystems via Odonata. Sci Total Environ 581–582:40–8.
Quist DJ. 2014. Historical changes and impacts of the 2011 flood on channel complexity on the missouri river. MS Thesis, University of South Dakota.s. https://search.proquest.com/docview/1658567610.
R Core Team. 2017. R: a language and environment for statistical computing. Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing; 2017.
Richardson JS, Sato T. 2015. Resource subsidy flows across freshwater–terrestrial boundaries and influence on processes linking adjacent ecosystems. Ecohydrology 8:406–15.
Sabo JL, Power ME. 2002. River–watershed exchange: effects of riverine subsidies on riparian lizards and their terrestrial prey. Ecology 83:1860–9.
Sauer, JR, Niven DK, Hines, JE, Ziolkowski Jr, DJ, Parkieck, KL, Fallon, FE, and Link, WA. 2017. The North American Breeding Bird Survey, Results and Analysis 1966 - 2015. Version 2.07.2017 USGS Patuxent Wildlife Research Center, Laurel, MD.
Swanson DL. 1999. Avifauna of an early successional habitat along the middle Missouri River. Prairie Naturalist 31:145–64.
Stan Development Team. 2016. RStan: the R Interface to Stan. R Package Version 2.14.1
Sterner V, Bowman R, Eder BL, Negus S, Mestl G, Whiteman K, Garner D, Travnichek V, Schloesser J, McMullen J, Hill T. 2009. Final Report – Missouri River Fish and Wildlife Mitigation Program: Fish Community Monitoring and Habitat Assessment of Off-channel Mitigation Sites. https://digitalcommons.unl.edu/nebgamestaff/57/. Last accessed 23/08/2018.
Swanson DL. 2010. Seasonal Metabolic Variation in Birds: Functional and Mechanistic Correlates. In: Thompson CF, editor. Current Ornithology Volume 17. New York, NY: Springer New York. pp 75–129.
Swanson DL, Liknes ET. 2006. A comparative analysis of thermogenic capacity and cold tolerance in small birds. J Exp Biol 209:466–74.
Tallman DA, Swanson DL, Palmer JS. 2002. Birds of South Dakota. Aberdeen, South Dakota: South Dakota Ornithologists’ Union, Northern State University.
Tockner K, Stanford JA. 2002. Riverine flood plains: present state and future trends. Environ Conserv 29:308–30.
Twining CW, Brenna JT, Lawrence P, Shipley JR, Tollefson TN, Winkler DW. 2016. Omega-3 long-chain polyunsaturated fatty acids support aerial insectivore performance more than food quantity. Proc Natl Acad Sci USA 113:10920–5.
Volke MA, Scott ML, Johnson WC, Dixon MD. 2015. The ecological significance of emerging deltas in regulated rivers. BioScience 65:598–611.
Warmbold J. 2016. Effects of fish on aquatic and terrestrial ecosystems. MS Thesis, University of South Dakota. https://search.proquest.com/docview/1819287883.
Warmbold JW, Wesner JS. 2018. Predator foraging strategy mediates the effects of predators on local and emigrating prey. Oikos 127:579–89.
Whiles MR, Goldowitz BS. 2001. Hydrologic influences on insect emergence production from central Platte river wetlands. Ecol Appl 11:1829–42.
Whiles MR, Goldowitz BS. 2005. Macroinvertebrate communities in central Platte River wetlands: Patterns across a hydrologic gradet alient. Wetlands 25:462–72.
Whitley JR, Campbell RS. 1974. Some aspects of water quality and biology of the Missouri River. Trans Mo Acad Sci 8:60–72.
Wohl E, Bledsoe BP, Jacobson RB, Poff NL, Rathburn SL, Walters DM, Wilcox AC. 2015. The Natural Sediment Regime in Rivers: Broadening the Foundation for Ecosystem Management. Bioscience 65:358–71.
Wood SN. 2017. Generalized additive models: an introduction with R. https://www.taylorfrancis.com/books/9781498728348.
Yager LA, Dixon MD, Cowman TC, Soluk DA. 2013. Historic changes (1941–2008) in side channel and backwater habitats on an unchannelized reach of the Missouri River. River Res Appl 29:493–501.