《SCIENCE》：Acceleration hotspots of North American birds’ decline are associated with agriculture
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人類活動的“大加速”如何影響生物多樣性？本研究利用北美繁殖鳥類調查數據，分析了1987-2021年間261種鳥類的豐度變化及其加速度。結果顯示，北美鳥類普遍衰退，且約四分之一的物種衰退正在加速，其空間熱點與農業強度（耕地面積、化肥與農藥使用）高度重合。這警示我們，農業集約化可能是推動衰退加速的關鍵因素，凸顯了監測生態變量“加速度”對早期預警和針對性保護的重要性。
近年來，全球范圍內的生物多樣性正以前所未有的速度喪失，鳥類作為生態系統健康的重要指示物種，其種群變化受到了廣泛關注。已有大量證據表明，人類活動導致了許多鳥類種群數量下降，但一個更深層的問題逐漸浮現：這種下降是在勻速發生，還是在不斷加速？理解種群數量變化的“加速度”（即變化率本身的變化趨勢）對于預測未來的生態危機和制定有效的保護策略至關重要。這正是研究人員Leroy及其團隊在《SCIENCE》雜志上發表的最新研究致力于回答的核心問題。
為了探究北美鳥類種群豐度變化的加速度及其驅動因素，研究人員利用了一項長期、標準化的監測數據——北美繁殖鳥類調查（North American Breeding Bird Survey， BBS）。他們分析了1987年至2021年間，覆蓋整個北美的1033條調查路線數據，涵蓋了261個鳥類物種。通過應用先進的動態N-混合（N-mixture）種群模型與全貝葉斯推斷，研究人員不僅估算了每個物種的豐度變化（ΔN），還首次在大尺度上系統計算了其年增長率的變化（Δg，即加速度）以及人均增長率的變化（Δr）。研究的關鍵技術方法包括：利用長期、標準化的北美繁殖鳥類調查（BBS）數據作為種群豐度的時間序列基礎；應用動態N-混合（N-mixture）模型校正物種探測率的不完美性，從而更準確地估計種群參數；采用全貝葉斯推斷框架進行統計估計，以獲得參數的后驗分布和可信區間；使用基于樹的機器學習算法（如隨機森林、提升回歸樹和XGBoost）來識別豐度變化及其加速度與一系列環境及人為預測因子（如氣候、土地利用、農業強度）之間的關聯。
研究結果揭示了以下關鍵發現：
全國范圍的豐度下降
分析表明，從1987年到2021年，每條調查路線上鳥類總豐度平均每年顯著下降8.94只，35年間累計損失了約15%的鳥類個體。在所分析的1033條路線中，多達70%（718條）的路線經歷了鳥類總豐度的顯著下降，而僅有17%的路線呈顯著增加趨勢。空間上，佛羅里達州、德克薩斯州、路易斯安那州和亞利桑那州等地經歷了最嚴重的平均衰退。
加速衰退的區域熱點
更值得警惕的是，鳥類豐度衰退的速率本身也在加快。平均每條路線的年增長率變化（Δg）為顯著的負值（-0.25），意味著衰退正在加速。空間分析識別出了衰退加速的熱點區域，主要集中在美國的中大西洋地區（如特拉華州、馬里蘭州、新澤西州）、中西部（尤其是印第安納州、俄亥俄州、肯塔基州、伊利諾伊州、威斯康星州、密歇根州）以及加利福尼亞州。在這些區域，每年損失的鳥類數量比上一年更多，種群下降的缺口逐年擴大，對鳥類的未來構成了嚴重威脅。相反，在加拿大的育空地區、薩斯喀徹溫省、阿爾伯塔省以及美國的新墨西哥州、阿拉斯加州等地，則觀察到了衰退減速（即衰退速度放緩）的趨勢。
將變化模式與環境聯系起來
研究團隊進一步將豐度變化（ΔN）及其加速度（Δg）與20個環境及人為變量進行了關聯分析。研究發現，豐度下降（ΔN）的熱點區域與氣候溫暖及變暖區域重合，這與鳥類為追蹤更涼爽條件而向北遷移的證據一致，表明氣溫升高可能是近期鳥類種群減少的一個驅動因素。
然而，最關鍵的發現在于：衰退加速（Δg為負值）的熱點區域與農業高強度區域高度重合，具體表現為高化肥使用量、高農藥使用量或大面積耕地。這三個高度相關的變量被共同解釋為農業強度的指標。這一關聯令人擔憂，因為過去40年間，北美的農業生產規模和農場面積一直在持續擴大。研究還發現，農業強度與氣溫變化在對Δg的影響上存在交互作用：在氣溫升高更明顯的地區，農業強度的負面影響更強。此外，溫度對Δg的非線性效應表明，衰退加速在中位平均溫度（約10°C）附近最為劇烈，這些區域通常是鳥類種群密度最高、人類活動最頻繁的地帶。
按物種、科和棲息地進行的分析
在物種層面，分析的261個物種中，有122種（47%）表現出顯著的豐度下降，其中超過一半（63種，占下降物種的53%）的衰退正在顯著加速。這意味著，近四分之一的被研究物種正經歷加速衰退。
在科（family）層面，21個科（39%）表現出顯著的豐度下降，其中10個科經歷了衰退的顯著加速，表明這一模式并非由少數具有共同特征或進化歷史的類群驅動，而是在科級水平上廣泛存在。
在棲息地層面，在考慮的10種棲息地類型中，只有森林鳥類的豐度顯示出顯著的正增長，且增長在減速。這與之前一些基于地理區域的研究結論不同，因為本研究的分類是基于物種偏好的棲息地而非地理位置。相反，城鎮、草地、沼澤和開闊林地這四類棲息地的鳥類豐度顯著下降，其中沼澤和開闊林地的衰退還在加速。這些棲息地正是受人類活動（如農業集約化和棲息地退化）影響最嚴重的區域。
研究結論與討論部分明確指出，這項研究首次在大尺度上將種群豐度變化的加速度與環境驅動因素聯系起來。核心結論是：雖然鳥類豐度下降的熱點與高溫及氣候變暖區域重合，但衰退加速的熱點卻與農業高強度區域高度一致。這表明，如果僅關注衰退的幅度（ΔN），可能會低估農業活動對鳥類種群的影響，因為高強度農業可能主要驅動著由氣候引發的衰退過程的加速。
這項研究的重要意義在于，它超越了傳統的、僅關注種群數量線性趨勢的監測方法，引入了“加速度”這一關鍵維度。將生態變量變化的加速度納入保護評估體系，有助于揭示那些僅關注豐度趨勢時可能被隱藏的衰退信號，從而實現更早期的預警。該研究方法可推廣應用于其他類群和生物多樣性指標（如物種占有率、豐富度或更替率），以檢驗是否存在類似的加速模式。最后，考慮到人類在經濟、農業、交通等各領域的活動仍在持續加速增長（即所謂“大加速”），本研究揭示的鳥類種群加速衰退趨勢尤為令人關切，凸顯了采取緊急措施緩解農業集約化等人類活動對生物多樣性壓力的緊迫性。
