從生物多樣性的角度來看，北極苔原雖不至于像荒漠那樣孤寂冷清，但也遠(yuǎn)不及熱帶雨林那般熱鬧非凡。其下厚厚的永久凍土層使得高大植物難以扎根生長，于是成為了苔蘚、地衣、一些草本植物和矮小灌木的天地。一些動(dòng)物也會不時(shí)到訪，如北極兔、駝鹿等，對它們來說，苔原上的食物雖談不上可口，但果腹足矣。降水和融雪讓苔原上有了流水，運(yùn)氣好的話，你還能在水里看到鮭魚。稍暖的時(shí)候，一些南方候鳥會來此停歇，盡管北極的寒冷留不住它們的冬天，但至少留下了它們夏天的回憶。

美國阿拉斯加州蘇厄德半島北極苔原的一處，上圖為1980年紅外航拍，藍(lán)色箭頭表示水的流向；下圖為2019年的衛(wèi)星圖，白色箭頭指出了比較明顯的一些水壩。圖片來源：Tape.et al, 2022

北極苔原就像一個(gè)寧靜小鎮(zhèn)，冷清但不孤寂。而這個(gè)時(shí)候，不知是誰，竟在苔原上修起了“水利工程”。

(資料圖)

下圖兩張照片分別是 1980 年的紅外航拍照片和 2019 年的衛(wèi)星圖，它們顯示的是同一條北極苔原溪流，位于美國阿拉斯加州蘇厄德半島（Seward Peninsula）。從天空上看，1980 年的這條溪流還只是一條細(xì)線，而到了 2019 年，這根細(xì)線的各處“膨脹”出了多個(gè)水塘。

這些水塘的出現(xiàn)，不是因?yàn)樯胶橐盎?，也不是因?yàn)榈卣鸬叵?，而是有“人”在溪流?strong>修了大量的水壩，攔下了流水，水流向周圍擴(kuò)散，漸漸積成了水塘。

北極苔原上出現(xiàn)的水壩。圖片改自：Tape et al, 2018

盡管這樣的工程怎么看都像是人類所為，然而事實(shí)卻并非如此，在這些地方修建水利工程是當(dāng)?shù)胤刹辉试S的。當(dāng)然這些法律只能管人，管不了自然界里那群擅長修水壩的著名“基建狂魔”——河貍。這些水壩正是它們的杰作，它們顯然已經(jīng)把“基建業(yè)務(wù)”擴(kuò)展到了北極苔原。

河貍：想不到吧，水壩都是我建的。圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

01

水利工程師

世界上現(xiàn)存兩種河貍，這次在北極“裝修”的是北美河貍（Castor canadensis），主要生活在北美地區(qū)；另外一種河貍叫歐亞河貍（Castor fiber），在我國也有分布。

河貍的蹼狀后爪以及像船槳一樣的尾巴使得它們在水中是游泳好手，可一旦到了陸地上就成了一個(gè)個(gè)行動(dòng)不便的小毛球，很容易被狼、郊狼等天敵當(dāng)作自助餐。因此，為了盡量呆在讓自己更有安全感的水中，河貍們把“水利工程師”的技能刻在了它們的基因里。

河貍的蹼狀腳和船槳一樣的尾讓它們更擅長游泳，但在陸地上行動(dòng)不便。圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

水壩的修建源于河貍對“湖心別墅”的追求。河貍的巢穴通常位于它們在水上用樹枝和泥土等搭建的“小木屋”中，“小木屋”的入口在水下，上方有一個(gè)小口用于巢穴內(nèi)的空氣流通。河貍們通過水下的入口進(jìn)出巢穴，這樣它們的行蹤對于捕食者來說，就顯得較隱蔽。

河貍巢穴示意圖，制圖：馬東源，原圖片來源 ：Pixabay，拍攝：Bridesmill

然而僅有這樣的“小木屋”，它們是一點(diǎn)都不滿足的，周圍環(huán)境也一定要足夠愜意才行！巢穴周圍的水流不能太急，最好是靜水，不然“小木屋”不穩(wěn)固；水位得夠高，這樣才能保證入口能修在水下；周圍水域還必須足夠?qū)掗?，這樣它們才有更多的活動(dòng)空間，并且在尋找食物時(shí)能少走陸路，遇到危險(xiǎn)能及時(shí)游走；水溫還得合適，不能太冷。

于是河貍們開始了水壩的修建。它們首先用淤泥、樹枝、小石頭等攔住水流，再用樹干等不斷加固修整，最終建起了一座座水壩。在水壩的作用下，河岸帶擴(kuò)大，水位抬高，水量大，水流緩，也就更能保存熱量，更加暖和。水壩修建好后，它們還會時(shí)不時(shí)地回來檢查、維修、加固，以保證水壩的正常工作。不僅如此，河貍們還會在周圍修建很多的小“運(yùn)河”，為自己擴(kuò)展水路，有時(shí)是為了方便運(yùn)輸修壩用的木頭，有時(shí)是為了離食物更近?？傊迂偹街?，各種“水利工程”幾乎是必不可少。

河貍修建的水壩。圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

02

水壩修著修著

就修到了北極

“從天上看河貍改造北極地貌的規(guī)模和速度，就如同在北極燒了一場大火一樣”，美國阿拉斯加大學(xué)費(fèi)爾班克斯分校（University of Alaska Fairbanks）的生態(tài)學(xué)家肯·泰普（Ken Tape）在一次采訪中說到。

從前，河貍并不被認(rèn)為是在北極地區(qū)生存的動(dòng)物，北極苔原也不像是適合河貍居住的生境：這里大多數(shù)地方都結(jié)著冰，“水利工程師”們無法施展自己的水壩技術(shù)，也找不到地方修建自己的“小木屋”。苔原上那一層薄得可憐的植被也讓它們無法找到修水壩的“建材”，而且食物還少得可憐。

但往時(shí)不同今日，在全球變暖的趨勢下，北極地區(qū)也面臨著氣候變化的問題。自 19 世紀(jì)末以來，北極地區(qū)平均氣溫升高了 1.8℃。溫度持續(xù)上升，流水結(jié)冰的時(shí)間縮短，植物的生長期增長，更多的灌木（甚至喬木）長了起來。環(huán)境漸漸改變，從前不愿意來的那些客人現(xiàn)在欣然來訪，河貍就是其中之一。

北極苔原上，河貍在巢穴周圍建的水壩，把附近的環(huán)境改造成了“河貍水塘”。圖片來源：Tape. et al, 2018

通過對美國阿拉斯加州北極苔原 70 年間（1949-2019）遙感數(shù)據(jù)的研究和對當(dāng)?shù)鼐用竦牟稍L，泰普和同事發(fā)現(xiàn)河貍最早在約 1980 年來到這里修建水壩并形成“河貍水塘”（beaver pond），之后水壩的數(shù)量持續(xù)增多，僅在 2003-2017 這十多年間，大部分地區(qū)“河貍水塘”的數(shù)量都翻了一番。一直到 2019 年他們一共發(fā)現(xiàn)了 11377 個(gè)“河貍水塘”。

美國阿拉斯加北極苔原11377個(gè)“河貍水塘”的密度圖。圖片來源：Tape et al. 2022

“沒有多少動(dòng)物能像河貍這樣，在地球上留下的痕跡甚至從太空中都能看到。當(dāng)然，另外一種有如此能力的動(dòng)物叫做人類?！碧┢照f到。

河貍的“水利工程”，毫無疑問讓它們在北極苔原以南的森林中，成為顯著影響生態(tài)系統(tǒng)和物種組成的關(guān)鍵物種（keystone species）。河貍的水壩改變了水的流速、水位、溫度等多種性質(zhì)，因此改變了水中無脊椎動(dòng)物以及微生物的組成，從而改變水中的營養(yǎng)組成。對魚類來說，水壩一方面可能阻礙魚的游動(dòng)遷徙，另一方面又為很多魚類提供了合適的產(chǎn)卵繁殖環(huán)境。河岸擴(kuò)寬等因素又為很多河岸植物提供了生長條件，隨之而來的，就是以這些植物為食的動(dòng)物或以它們?yōu)闂镍B類……有研究表明河貍還在其所在濕地生態(tài)系統(tǒng)的水土保持和干旱防御中起著關(guān)鍵的作用。曾經(jīng)，美國科學(xué)家甚至還成功地通過在河流中引入河貍而成功地利用“河貍水壩”拯救過一種虹鱒（Oncorhynchus mykiss）。

河貍的生態(tài)作用不可小覷，美國科學(xué)家曾經(jīng)成功利用“河貍水壩”提高了虹鱒的數(shù)量、存活率和繁殖率。圖片來源：Oregon State University

03

福兮禍兮？

河貍到北極，對北極本身的生物多樣性可能是好事。但對全球氣候來說，可不一定。

河貍的到來對北極的生態(tài)系統(tǒng)來說意味著什么，目前還沒有確定的結(jié)論，不過泰普和同事對此做出了很積極的預(yù)測。結(jié)冰的水環(huán)境和低溫，曾讓很多生物對北極苔原都望而止步。而“河貍水塘”的出現(xiàn)，增加了地表水面積和深度，使其更能保持熱量而不易結(jié)冰，很可能會吸引許多新的水生物種遷移至此。

“要來一起玩嗎？”圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

北極苔原雖然也有幾種鮭魚的身影，但它們從前更多只是路過，河貍對這里水環(huán)境的改變給這些鮭魚提供了在此產(chǎn)卵繁殖的可能。儲存在凍土里的礦物質(zhì)也可能會隨著河貍的“水利工程”而暴露出來，促進(jìn)周圍灌木的生長，灌木的崛起又會吸引來更多的其它的生物。河貍的出現(xiàn)，或許就像在北極苔原這個(gè)寧靜小鎮(zhèn)上，建了一些集市，逐漸吸引周圍零零星星的居民過來狂歡，慢慢變成一個(gè)熱鬧的地方。

對北極苔原的生物多樣性來說，河貍的影響或許是正向的，但它們的一個(gè)可能的負(fù)面影響，卻值得我們所有人重視。“河貍水塘”帶來蓬勃生機(jī)的代價(jià)，是融化了的永久凍土層。根據(jù)估計(jì)，永久凍土層中的碳含量大約是大氣中的兩倍，凍土層的突然解凍會釋放其中的二氧化碳和甲烷，繼續(xù)加劇氣候變化。而“河貍池塘”淹沒覆蓋的區(qū)域，便會導(dǎo)致其下的永久凍土層解凍，如果河貍在北極苔原繼續(xù)大規(guī)模地建設(shè)水壩，那它們可能真的是在“燃燒北極”，持續(xù)將永久凍土里的溫室氣體釋放了出來。

河貍對北極苔原水環(huán)境的改變，紅色箭頭表示河貍的水壩，黃色箭頭是可能的永久凍土融化地點(diǎn)。圖片來源：Jones et al, 2020

河貍因?yàn)闅夂蜃兣瘉淼奖睒O，而來到北極它們可能還會繼續(xù)加劇全球變暖。泰普和同事也預(yù)測河貍在北極苔原的數(shù)量今后會更多，它們的活動(dòng)范圍也會越來越向北。未來對北極苔原河貍的更多研究和管理也顯得很重要。

但不論是好是壞，有一點(diǎn)或許可以確定，美國阿拉斯加州北極苔原的未來，因?yàn)楹迂偟牡絹?，正在發(fā)生劇變。

河貍對北極苔原的可能影響。圖片來源：Tape et al, 2018

參考文獻(xiàn)：

[1] https://www.nature.com/articles/s41598-022-09330-6

[2] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcb.14332

[3] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab80f1?utm_source=mp-fotoscapes#erlab80f1f8

[4]https://web.archive.org/web/20200123132507/https://www.aphis.usda.gov/wildlife_damage/beaver_damage/downloads/Baker%20and%20Hill%20Beaver%20Chapter.pdf

[5] https://wires.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/wat2.1592

[6] https://www.nature.com/articles/srep28581

[7] https://www.businessinsider.com/beavers-invade-alaska-arctic-tundra-photos-satellite-images-damage-2023-1

[8] https://www.livescience.com/why-beavers-build-dams

[9] https://animaldiversity.org/accounts/Castor_canadensis/

[10] https://ucmp.berkeley.edu/exhibits/biomes/tundra.php

本文為科普中國·星空計(jì)劃扶持作品

團(tuán)隊(duì)名稱：環(huán)球科學(xué)

作者：馬東源

出品：中國科協(xié)科普部

本文封面圖片及文內(nèi)圖片來自版權(quán)圖庫

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標(biāo)簽： 北極苔原 水利工程