每年3月22日聯(lián)合國(guó)指定的世界水日，世界各地的人們都會(huì)考慮淡水對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和我們的重要性。在2018年世界水日，國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)著眼于地球的關(guān)鍵區(qū)域 - 我們這個(gè)星球表面的森林樹冠和基巖之間的區(qū)域 - 以及北美西海岸河流在維持產(chǎn)卵鮭魚方面的作用。

為了更多地了解這些鮭魚河流的健康狀況，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)與全國(guó)九個(gè)NSF CZO之一的Southern Sierra Critical Zone Observatory(CZO)的科學(xué)家以及支持CZO的NSF地球科學(xué)部門進(jìn)行了交談。懷俄明大學(xué)的Southern Sierra CZO研究員Cliff Riebe和NSF CZO項(xiàng)目主任Richard Yuretich分享了他們的見解。除非另有說明，否則答案由Riebe提出。

你為什么決定研究西海岸的河流及其產(chǎn)卵鮭魚?

臨界區(qū)的地質(zhì)和生物學(xué)交織在一起。事實(shí)證明，河流中沉積物的粒度有助于確定水生棲息地的質(zhì)量。這對(duì)產(chǎn)卵鮭魚有影響，因?yàn)檩^大的沉積物顆粒使這些魚更難以構(gòu)建它們的巢穴，稱為紅鰭。在具有較大粒度沉積物的河流中，更大的魚類會(huì)更好嗎?答案涉及表面生命與下方基巖特征之間的聯(lián)系。

你的研究在哪里進(jìn)行?

我們的團(tuán)隊(duì)研究了加利福尼亞州沙斯塔河，華盛頓州南草原溪和不列顛哥倫比亞省蘇格蘭溪的產(chǎn)卵鮭魚。

你為什么選擇這些地點(diǎn)?

這些河流和小溪中的鮭魚很豐富 - 或者當(dāng)我們進(jìn)行研究時(shí)。這些魚盡可能多地使用河床，推動(dòng)了可用產(chǎn)卵棲息地的極限。盡管移動(dòng)沉積物存在挑戰(zhàn)，但是即使是最大粒度的地區(qū)，它們也使用了很多鮭魚。

在沙斯塔河上，有大量的奇努克鮭魚，是五種太平洋鮭魚中最大的一種。南草原溪(Southern Prairie Creek)常見小得多的粉紅鮭魚。蘇格蘭溪支持紅大馬哈魚，其大小介于沙斯塔河的奇努克鮭魚和南草原溪的粉紅鮭魚之間。通過選擇支持一系列鮭魚的河流和溪流，我們能夠研究魚的大小和它們可以移動(dòng)的最大沉積物顆粒之間的關(guān)系。

是否有鮭魚大小的甜蜜點(diǎn)?

事實(shí)上確實(shí)存在一個(gè)甜蜜點(diǎn)。較大的魚可以移動(dòng)更大的沉積物，但它們也需要更多的區(qū)域來建造它們的紅鰭。較小的鮭魚需要較少的空間用于它們的紅鰭，但它們根本沒有能力持續(xù)移動(dòng)較大粒度的沉積物。這導(dǎo)致了權(quán)衡，結(jié)果是中型魚 - “金發(fā)姑娘大小” - 能夠建立最多的紅鰭魚。

該研究的結(jié)論如何使西海岸漁業(yè)管理者受益?

我們的研究結(jié)果是改進(jìn)了河流適應(yīng)性的評(píng)估，以產(chǎn)生不同大小的太平洋鮭魚。預(yù)測(cè)河流鮭魚繁殖潛力所需要的只是估計(jì)魚的大小和河床沉積物的粒度。兩者都很容易衡量。我們的公式已合并到管理員可以通過手機(jī)訪問的應(yīng)用程序中。

結(jié)果是否適用于其他地區(qū)的鮭魚?

沉積物顆粒大小和魚類大小之間，以及紅色區(qū)域和魚類大小之間的關(guān)系應(yīng)該與使用太平洋鮭魚物種的典型切割運(yùn)動(dòng)建立紅鰭的任何鮭魚物種相同。切割是在河床表面上捕魚的尾巴。這種打擊會(huì)使沉積物顆粒移動(dòng)，從而產(chǎn)生一種凹陷，雌性可以在其中沉積卵子。我們的研究結(jié)果可能適用于整個(gè)范圍內(nèi)的太平洋鮭魚，從日本環(huán)太平洋地區(qū)到南加州。對(duì)于歐洲大西洋鮭魚和美國(guó)東海岸的研究結(jié)果也可能適用

您研究的下一步是什么?

盡管我們的分析解釋了加利福尼亞州和太平洋西北地區(qū)三種鮭魚物種的相對(duì)產(chǎn)卵成功，但還需要進(jìn)行更多研究以確認(rèn)其他河流系統(tǒng)中存在這些相同的關(guān)系，其他鮭魚具有其他大小。

這項(xiàng)研究如何幫助理解地球的臨界區(qū)?

河床中的沉積物分布是臨界區(qū)域過程的結(jié)果，例如山坡侵蝕。沉積物粒度影響鮭魚產(chǎn)卵成功，以及鮭魚種群的生物多樣性和恢復(fù)力的發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了理解關(guān)鍵區(qū)域的重要性。

在世界水日，水和鮭魚保護(hù)的主要信息是什么?

幾千年來，鮭魚一直是人類和其他物種的重要食物資源，如灰熊和黑熊以及禿鷹和魚鷹等鳥類，以及所有野生動(dòng)物的圖標(biāo)。三文魚是非凡的魚類，其生命以戲劇性遷移的形式結(jié)束，回歸到它們出生的河流和河流中。雌性在河床上繁殖，然后產(chǎn)卵并保護(hù)卵子直至它們死亡。

但是在鮭魚河流中并不是很好。許多鮭魚種群正在減少，而那些仍然存在的鮭魚種群并不像以前那樣多樣化和有彈性。面對(duì)人口數(shù)量的大幅波動(dòng)，鮭魚的多樣性和恢復(fù)力可能取決于魚類產(chǎn)卵的河床中的沉積物大小。將基巖變?yōu)槌练e物的過程的變化可能最終控制太平洋西北地區(qū)鮭魚種群的多樣性和恢復(fù)力。

NSF的CZO研究如何為鮭魚和其他物種的健康河流做出貢獻(xiàn)?

支撐地球生命的許多過程發(fā)生在基巖和樹冠頂部之間。生命與巖石相遇的薄皮是我們星球的一部分，對(duì)于維持生物從微生物到人類的好客環(huán)境至關(guān)重要。了解在這個(gè)區(qū)域發(fā)生的事情對(duì)于所有物種都很重要，包括在這種情況下，鮭魚和他們需要產(chǎn)生下一代的河床沉積物大小。