研究文章 环境研究

费舍尔对温度变化的反应揭示了将人类行为纳入气候变化分析的重要性

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十搏欧洲杯直播官网2021年4月30日:
7卷,没有。18日,eabc7425
DOI:10.1126 / sciadv.abc7425

抽象的

气候变化将重塑生态动态。然而,温度越来越大,改变人们对自然资源的人们的行为和资源利用仍然是缺乏缺陷的。因此,行为转变有可能减轻或加速对生计和粮食安全的气候影响。特别是在小型内陆渔业范围内,支持大约10%的全球人口,温度变化可能会影响鱼类和渔民。为了分析温度改变家庭捕捞行为的变化,我们在一个主要的内陆渔业中检查了捕鱼努力和鱼类。我们使用柬埔寨家庭的纵向观测数据,这是世界上的内陆鱼类的最高消费量。更高的气温导致家庭减少他们参与钓鱼,但对鱼类捕获有限。将人类行为响应纳入不断变化的环境条件将是确定气候变化如何影响农村生计,粮食生产和食品进入的基础。

介绍

从1930年到2010年,气候变化使全球海洋鱼类捕获量减少了4.1% (1)。未来的变暖预测将在2050年威胁到全球鱼类收获额外3至13%(2)。这些已实现和预计的渔获量下降可能对人类消费的鱼类供应造成惊人的全球后果,并对全球获取鱼类提供的关键膳食营养素(3.)。此外,坠落的鱼类捕获可能会危及最依赖渔业的人:10%的低收入和中等收入国家的人口主要依赖于收入,粮食安全和营养的渔业(4.5.)。特别是占全球渔民总数90%、集中在发展中国家的小型渔户的生计将受到严重影响(5.)。

现有的气候对渔业影响模型强调了全球气温上升对生态的不祥影响(2)。然而,鱼类依赖人民气候变化的最终后果不仅反映了这些生态变化,还反映了家庭如何应对这些变化。升高的温度和新的天气模式如何更集中地驱使人们进入湖泊,河流和海岸线;离开钓鱼以获得更多利润丰厚的生计;或调整捕鱼方法或目标物种将塑造气候变化的生态边界,以及对人们收入的后果以及获得营养丰富的鱼类。

鱼类捕获是生态条件的函数,确定鱼类的可用性和渔民的自适应行为,他们采用不同程度的努力和效率收获这些鱼(图。1)。我们的分析解开了这两条途径。行为路径反映了家庭对不断变化的天气条件的适应,并通过是否要捕鱼的决策数据以及如果要捕鱼的时间和使用的渔具来捕获。生态途径包括温度上升对鱼类种群的影响,进而对鱼类捕捞的影响。我们通过统计控制可归因于人类行为的温度效应,间接地获得了温度对渔获量的生态影响。关于渔业的气候变化文献主要关注生态效应,而没有明确考虑人类行为,人类行为同时影响鱼类种群,并对气候刺激做出反应。研究表明,行为途径的解释对于准确估算气候变化对渔业群落的影响至关重要。

图。1 从温度到渔获量的生态和行为路径。

气候变化预测通常关注生态途径以及温度如何影响鱼群,从而形成鱼类捕获。我们的分析还研究了一种行为途径,通过这种行为途径,通过这种行为途径,受影响的温度影响(1)捕捞努力,包括(a)捕鱼参与(前一周的任何捕鱼),(b)花费钓鱼(人们 - 天),和(c)档位选择(活跃或被动),最终影响(2)鱼捕鱼。调整多维钓鱼努力的尺寸,然后测量温度和降雨的形状(3)鱼类捕获如何间接地隔离鱼群温度的生态效应。虚线代表不观察到的现象。

虽然气候对内陆渔业的生态影响,淡水渔业相对于海洋系统来说,仍有待进一步研究,但我们预计气候变化将加剧对内陆渔业的需求,并从根本上改变水生生态系统(6.7.)。内陆渔业通常依赖浅水、有明显水文特征的水体,这些水体可能特别容易受到气候变暖的影响,并限制了鱼类的适应能力,因为温度变得不利,它们无法在孤立的内陆水域之间轻易迁移(8.)。在气候变化的情况下,蒸发和不稳定的降雨可能会增加富营养化(9.),而人类对淡水的要求和冲突可能会限制鱼类栖息地(10.)。世界各地的淡水水生物种已经面临相互重叠的威胁,这些威胁来自人类的影响、较低的耐温性、较高的灭绝和物种入侵率,以及与海洋物种相比较低的进化率(11.12.)。与此同时,目前的热环境可能无法预测鱼类的适应能力(13.),可能存在目前观察范围的温度的非线性或阈值效应。初级生产率也可能受益于CO增加2浓度和更高的温度,一些鱼群在变暖的温度下茁壮成长(1)。因此,温暖温度对鱼群和骨料捕获的净效应是模糊的。

同样,对于依赖淡水渔业的人们来说,气候变化的行为影响可能有多种形式。这些行为变化有复杂的驱动因素,包括温度如何影响人们对渔业生存能力、有效性和渔业活动的愿望的看法,以及替代活动(如农业和雇佣劳动力)中的需求和机会。小型渔民往往同时从事其他活动,并可能改变其生计组合,完全放弃捕鱼,转而从事其他活动(14.15.)或转移时间花费钓鱼,齿轮或渔场(14.16.17.)。来自小规模渔业的有限证据已经表明,气候对渔民行为的影响令人担忧。在西非,小型海洋渔民报告说,为了应对气候变化,他们会去更远的地方(18.),乌干达渔民感知对他们的捕鱼活动影响的气候变化影响(19.)。商业海洋渔民通过调整齿轮或渔场,长期应对鱼类可用性,并预计通过口向往应对气候变化(20.)。此外,最近的证据显示,气候变化减少了商业捕鱼就业(15.)。相对于海洋渔民和工业渔民而言,内陆渔民的行为在地理和技术上都受到限制(21.),增加了他们的脆弱性。

小规模和内陆渔民如何应对气候变化是至关重要的,因为依赖于内陆鱼类资源的贫困和食物不安全的社区尤其高(22.23.)。即使在系统地低估内陆鱼收获的程度上,24.),国家经济易受气候变化对渔业影响的影响(25.)。全球只有16个国家捕捞近80%的内陆鱼,其中13个是中低收入国家,一半在亚洲(26.)。我们的研究重点介绍柬埔寨,该柬埔寨拥有第五大全球内陆鱼类收获(509,350吨)和最高人均内陆鱼类捕捞(16至35公斤)(26.)。高度多样化的渔场以近500种鱼类为特色,这些鱼类被高度专业化的渔具所瞄准,包括那些需要主动耙泥、撒网或叉鱼的鱼类,以及渔民为收获而设置的被动陷阱和渔网(27.)。渔民在这个环境中也利用不同的栖息地,包括稻田,淹没的森林,溪流,支流和洞里·萨佩湖(28.)。在柬埔寨家庭中,种植水稻和其他农业活动往往是主要的,非农机会也在增加(29.)。鉴于其生计的多样性和对渔业的严重依赖,柬埔寨提供了一个理想的环境来审查淡水渔民和渔业对气温变暖的反应。

我们通过经验梳理了温度变化是如何影响行为途径和间接影响生态途径的,这两种途径都有助于小型渔民的捕获。我们使用了观察、纵向和家庭水平的渔获量和捕鱼行为数据。我们的做法强调了家庭应对气温上升及其对捕鱼量的影响的重要性,并最终对不断变化的渔业的生计和福祉产生影响。

To capture the complexity of the monsoon-driven, flood pulse fishing system in Cambodia’s rice field fisheries, we used a unique, high-frequency dataset containing the catch and fishing activities of 414 fishing households in the Tonle Sap Lake basin across 19 bi-monthly time points from 2012 to 2015. We also used monthly temperature and rainfall aggregates from remotely sensed data. As seasonal changes in water levels across the floodplain are the well-established primary drivers of fishery productivity and fishing activities in this setting, we controlled for rainfall, flood extent, and month to isolate the temperature effect. Our analyses focused on temperature impacts because modeling analyses of the region consistently predict rising temperatures, while predictions about precipitation patterns are inconsistent (7.)。我们使用了固定效果,并相关随机效果分布式滞后回归模型适合重复观察(见材料和​​方法)(30.)。这种方法为时间不变家庭特征提供了强大的控制,允许我们识别在观察范围内发生外源温度变化的因果效应,同时控制温度可能对温度的延迟和非线性效应进行控制鱼类捕捞和渔业行为。为了考虑前期的温度和降雨的方式影响当前的鱼类种群,从而可用于捕获的鱼,我们包括滞后的温度和降雨变量。我们选择2个月的滞后结构是基于时间序列分析诊断过程;敏感性分析与各种滞后结构相似的结果(参见材料和方法)。

我们的分析通过捕捞努力解开了对鱼类捕获的温度的行为影响,这与通过转移鱼类可用性的鱼类捕获的温度的生态影响。我们在统计上确定了空气温度与捕鱼行为多维维度之间的关系(图。1),包括(1A)捕鱼参与(前一周的任何捕鱼),(1B)时间花费钓鱼(人数),(1C)档位(活跃或被动)和(2)鱼捕获。然后,我们检查了(3)鱼类捕获,同时持有捕捞行为的所有尺寸恒定,间接隔离鱼捕获量持续温暖温度的净生态效应。因此,我们的分析通过隔离行为效应和间接隔离通过移位环境条件诱导的生态效应来三角化温度变化对捕鱼行为和鱼类捕获的因果影响。

结果与讨论

行为途径分析表明,渔民主要通过选择捕鱼来应对较高的温度(图2)。对捕捞行为的影响的幅度在不同的温度下不同(例如,在较高温度下较大的效果),因此我们呈现边缘效应,显示出在温度分布上的1℃的温度升高的变化效应。在28°至29°C的空气温度增加超过2个月的升高,减少了在给定期间捕捞的可能性,从29°到30°C的持续增加减少了8%的捕捞概率。这些效果是添加剂,因此持续的2°从28°升高到30℃下降减少钓鱼的概率14%。在那些在给定的时间点捕捞的人中,我们发现在花费钓鱼或使用活动齿轮时没有明确的温度效果。

图2 温度对捕鱼参与、努力和渔具使用的影响。

高于目前平均28摄氏度的温度降低(一种)参与捕鱼(前一周的任何捕鱼活动),虽然气温上升对(B.)捕鱼量(人日)或(C)是否一个家庭使用主动齿轮。图描述了整个温度分布中持续的单度温度变化的估计边际效应,考虑了滞后和多项式项(表S2,模型1至3)。虚线表示95%的置信区间。这幅图代表的是边际效应而不是趋势线;因此,将这一图和随后的图解释如下,以(A)为例:28°C下的值表示温度从28°C升高到29°C(降低6%)时参与捕鱼概率的估计变化。29°C的值表示温度从29°C增加到30°C(8%)时捕鱼概率的变化。在温度从28°C上升2°C到30°C的情况下,参与捕鱼的概率是每一度变化的总和(14%)。

我们接下来检查了对鱼类捕获的影响。为了间接识别生态效应,我们估计了两步中的温度对鱼类捕获的净因果效应。首先,我们直接估计温度对鱼类捕获的影响,发现了负面但统计学的关系(图3A)。其次,我们添加了对人类行为的多维维度的控制(捕捞参与,时间花费钓鱼,齿轮选择和洪水),以统计从行为途径中分离生态途径。在核算人类行为的多维维度后,我们发现温度和鱼捕获之间的正显着关联(图3B.)。我们的发现适用于观察到的温度范围,其中大部分温度在30°C以下。温度从28°C持续上升到29°C,捕鱼量增加13%。持续2°的增长与30%的捕鱼量增长有关。在保持捕鱼行为不变的情况下测量渔获量可以被解释为类似于单位努力渔获量的增加,这是一种通常用于了解捕鱼压力的范围和有效性的度量。

图3. 温度对渔获量的影响。

温度在28°C以上持续上升1°C的影响为(一种),并考虑到温度对渔获量的总体“生态”和“行为”影响。然而,当我们控制捕鱼行为(B.),我们发现,在保持捕捞量不变的情况下,渔获量在统计上显著增加,这是由于温度上升造成的生态效应,这是一种类似于隔离捕捞量(千克)-单位捕捞量的度量。然而,气候变暖对鱼类可利用性的潜在积极生态影响被减少捕鱼努力的人类行为反应所抵消,最终对捕鱼量没有影响。

我们的研究结果表明,在该系统中,持续的1°至2°C温度升高通过间接测量的生态途径对鱼类捕获(图3B.)。然而,温度对鱼类捕获的净效应(图3A)在统计上是微不足道的,可能是因为持续的温度上升也导致人们减少捕鱼(图2 A、B),从而抵消积极的生态效应。观察到捕鱼量减少以及温度升高带来的积极生态效应,意味着随着温度升高,捕鱼量的回报和渔民时间的机会成本同时增加。简而言之,当气温升高时,尽管生态条件改善了他们的潜在捕鱼量,人们还是会从事捕鱼以外的其他生计活动。

我们还检查了温度对内陆柬埔寨的其他两种水生收获的影响:捕获其他水生动物(例如蛇和青蛙)和水生植物的收获。家庭平均收获4.96公斤的鱼/周,而其他水生动物和水生植物收获的平均捕获率分别为1.26和1.58千克/周。这些水生资源是柬埔寨生计和饮食的关键组成部分,也可能受到温暖的温度的影响,或者如果家庭减少捕捞努力,可以提供替代的生计机会。更高的温度降低了参与,时间花费,以及活性齿轮是否用于捕获其他水生动动物(图S1)。净收获,捕获量的衡量标准,包括生态效应和收获行为,其他水生动物(图4A和植物(图4C.)随着最高温度的水生动动物,较高的温度显着增加。减少其他水生动物和植物的收获努力仅部分抵消产量增加(图4,B, D)。

图4. 温度对其他水生动物(OAA)和水生植物收获的影响。

对于其他水生动物,(一种),发现除极端温度外,温度对其他水生动物收获的总体生态和行为效应均为正。对于水生植物,(C),发现温度对水生植物收获的总体生态行为效应为正,且在最高温度时最大。为(B.)其他水生动物及(D.)水生植物,当我们控制收获努力(我们使用捕鱼努力作为水生植物收获努力的代理,这是不可得到的),我们发现,在保持努力不变的情况下,由于温度上升的生态效应,收获略有增加,一种类似于隔离收获(千克)每单位努力的度量。这一发现表明,随着温度上升,减少努力正在限制收成。

我们的研究结果表明,对不同资源的收获的温暖气温,包括鱼类,其他水生动物和水生植物的温暖的气温,显着呈现出一致的人类行为和生态反应。由于不参与各种水生收获,家庭应对较温暖的条件。除了一致的行为途径之外,这些结果还进一步指出了一种一致的生态机制,其中我们对生态途径的间接估计表明,较高的持续温度增加了鱼类,其他水生动物和水生植物的生产率。如果温暖的温度提高初级生产率,这对观察到的大部分温度低于30°C,这可能是有助于鱼类捕获的增加。这种发现将与一系列研究一致,建议温暖温度可能会增加水生植物生产率(31.),尽管鱼类和其他水生动物生产力增加的时间范围可能因物种和营养水平而有很大差异。与此同时,变暖的温度可能会改变鱼类和其他水生动物的可捕性,改变它们的栖息地,迫使它们进入更深的水域,或改变它们的昼夜周期(8.)。

如果没有核算Fisher行为反应对较高的温度,那么温度就会对鱼类捕获没有影响(图2A)和对其他水生收割的积极影响(图4A)。然而,我们实际观察到的是,为了应对气候变暖,越来越少的家庭捕捞或收获水生资源。为研究区域量身定制的气候预测预计,到2060年,气温将上升约2摄氏度(32.),与我们的数据观测范围有很大的重叠(图S2)。随着平均温度持续上升2摄氏度,我们发现家庭捕鱼的可能性降低了14%。观察到的努力减少是巨大的,因为在任何特定的调查期间,67%的家庭平均每周捕鱼3.3人日。当人类行为没有被纳入分析时,这些对环境变化有意义的反应很容易被忽视。

虽然我们的数据不使我们能够识别家庭在响应较高温度的情况下重新分配其时间的活动,但温度上升的温度会影响替代活动。我们研究中的家庭在很大程度上认为稻田作为主要生命活动(33.)。如果更高的温度也增加害虫和杂草压力(34.),家庭可能会选择转移捕鱼的精力来保护他们的水稻作物,这种模式在其他热带作物种植系统中也有记载(35.)。随着家庭寻求其他当地机会或成员迁移(即使只是暂时迁移)到柬埔寨和邻近的泰国(估计分别占农村人口的25%和6%)不断增长的城市部门,捕鱼的参与也可能减少(36.-38.)。最终,获得自然资源、农业用地、教育和城市市场将决定家庭对温度反应的决定、制约因素和差异。

一般来说,农村家庭,特别是在我们的研究社区,从事复杂的生计组合,其中许多依赖自然资源(33.)。我们的研究发现,尽管单位努力捕鱼量上升,但家庭不太可能捕鱼,这表明生计组合的再平衡,因为家庭应对温度对捕鱼活动或非捕鱼活动的意愿或生产力的影响。虽然在我们的研究中,温度大部分在30°C以下,但非线性和阈值效应可能会在超过观察到的温度时产生不同的生态或行为反应。此外,气候和环境变化(如大坝)预计不仅会使柬埔寨的气温升高,还会改变降雨和洪涝地区,影响到一系列农村生活(7.)。对这些变化的人类行为响应承诺是复杂和多方面的,并且这些反应的后果是不确定的。我们学习的家庭消耗超过70%的鱼,他们捕获了87%的其他水生动物。水生食物捕获,无论是由于努力还是生态条件的结果,都可以通过减少家庭获得这些营养丰富的食物来降低当地饮食的营养质量。或者,我们观察到的家庭适应类型可以成功地缓冲生态变化对收入和饮食的影响。

未能考虑上升温度的人行行为维度对理解气候变化的影响深远。鉴于发展中国家资源依赖生计的复杂性,痛苦的气候影响威胁要误导最脆弱家庭气候变化所需的反应。众所周知,农村家庭与农业系统密切相关,自然资源收获将无疑是由温度上升的第一个和最严重影响。然而,理解和减轻气候变化在世界各地的气候变化的影响将最终铰接对人类行为的准确预测和整合气候变化的生态学。

材料和方法

数据

我们使用了Worldfish和合作伙伴非政府组织收集的家庭数据,我们与地理卫星图像和天气数据相匹配。从2012年11月到2015年11月的3年期间(19个时间点)每2个月收集家庭面板数据每2个月收集,每2个月到2015年11月。与监测40个社区鱼类避难所(CFRS),社区管理的内陆的数据收集数据稻田渔业内的受保护区。所有家庭都位于正在进行的计划支持CFR管理和鱼类栖息地改进的地区(39.)。调查样本分两阶段抽取;第二阶段选择的家庭提供了本研究使用的数据。第一阶段是从每个CFR相邻的1至3个村庄的16户家庭的枚举抽样名单中随机抽样,这些家庭符合参与捕鱼、耕种稻田和不计划季节性迁移的纳入标准。第二阶段有目的地从最初的16个家庭中选择了10个家庭,以捕获有5岁以下儿童的家庭。有关程序的详情,请参阅补充资料及项目文件(28.40)。在缺少数据缺失的钥匙变量导致后,我们的当前估算样本包括414户的不平衡面板。所有家庭至少在至少一个后续时间点采访,所以没有损失家庭,并在所有面板期间出现308(74%)。我们测试磨损是否可能偏向参数估计,并发现它没有有意义的效果(参见补充材料)。

空气温度数据来自国家海洋和大气管理国家中心环保信息的全球历史气候学网络和气候异常监测系统(26.)。Rainfall data come from the Global Land Data Assimilation System Version 2. Flooding data come from the European Commission’s Joint Research Center Global Surface Water Explorer, which maps seasonal and permanent surface water including paddy fields using United States Geological Survey (USGS) Landsat 5, 7, and 8 (41.)。

统计方法

我们模拟了两个不同的途径,温度会影响鱼类捕获。首先是FISHER对温度变化的行为响应。这可能是由于具有高或低温的物理不适,不断运用钓鱼的机会成本 - 而不是作物或牲畜农业,非武装工作,国内琐事或休闲 - 在不同的温度制度下,或者捕捞条件的渔业期望通过温度。第二种是通过系统中的鱼类的可用性是一种生态效应,由于温度对鱼类产卵和发育,水质和营养浓度,和/或鱼迁移反应(例如,寻求更深的或较冷的水)。我们能够直接识别行为效应,间接识别生态效应。使用捕获数据来了解鱼群动态是渔业股票管理中广泛使用和长期的方法(42.)。虽然捕获的捕捞量措施可以在长时间的视野中产生偏差的鱼类股票估计,但没有仔细核算齿轮(43.44.),我们相对较短的时间范围,包含齿轮类型,以及使用家庭级数据的使用最小化我们的研究中的这种问题。

我们通过调查渔民参与(1A),参与(1B)的努力(1B),参与(1C)的档位(1C)来分析行为途径,受到温度变化的影响(图。1)。然后,我们调查温度对鱼类捕获的复合效果,包括在一起(2)的生态和行为途径。最后,我们控制在检查温度如何与捕获(3)相关的行为中,允许我们间接估计生态效应。在一起,这些分析允许我们描述每种途径分别对鱼类捕获的因果效果,并描述家庭使用适应性策略的方式。

所有模型都是用特定于模型的固定效应来估计的,以控制横截面单元的时不变特征,以及月固定效应来控制平均年所有样本家庭共有的季节性。家庭固定效应包括在(1a至1c)模型中。在(2)和(3)模型中,CFR固定效应解释了该系统中CFR类型的显著多样性,为此,我们使用Honoré相关随机效应估计器(30.),近似在随机效应Tobit模型中的家庭固定效果(45.46.)。使用固定效应模型,我们可以通过确定温度在家庭内渔获量和渔获量随时间变化的因果效应,来比较某一家庭的温度经验与其随时间变化的结果之间的关系。我们在CFR水平聚集SEs,因为这是调查设计的所在地。

我们允许温度具有非线性,与鱼类捕获的可能性,如这种系统中的鱼类被解读,提供了非常有限的生命历史信息。我们的研究结果在观察到的温度范围内,并且在该范围之外,进一步的非线性或阈值效应是可能的。我们通过Akaike和Bayes信息标准(AIC和BIC)确定最佳滞后结构,用于每个潜在模型。AIC和BIC测试结果始终如一地利用一个,两个或三个滞后的最佳规格,没有实质性的差异,因此我们估计更加令人垂涎的单一滞后。请参阅补充材料中的统计方法和型号规格的完整细节。

补充材料

https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

这是一篇开放获取的文章根据创意公共归因 - 非商业许可证,它允许在任何媒介中使用、分发和复制,只要最终的使用是对于商业优势,并提供了正确的工作。

引用和笔记

致谢:我们感谢Baran,K. Byrd,A. Brooks,S. Freed,M.Kim,A. Koning,K. Acosta Ordonez,Y.Kura,T.Räsänen,以及捐款的Kura,T.Räsänen,以及对发展的贡献本手稿或早期草稿的反馈。我们还感谢编辑和两个匿名审稿人对此手稿的贡献。资金:阿特金森可持续未来中心(向K.J.F.)和美国国际开发署向世界鱼类组织提供的“未来粮食供应”奖,作为稻田渔业改善项目的第一阶段,为这项研究提供了资金。这项研究是在美国人民通过美国国际开发署(USAID)的支持下得以实现的。内容是作十博提款审核者的责任,不一定反映美国国际开发署或美国政府的观点。作者捐款:K.J.F, err.b, n.b.s., s.h.t., C.B.B.对研究研究进行了概念化,并设计了研究方法。S.H.T.负责数据收集的项目管理。国家安全局整理和分析了遥感数据。erb在c.b.k j.f的指导下进行正式回归分析,erb撰写稿件;所有作者都对编辑工作做出了贡献。利益冲突:提交人声明他们没有竞争利益。数据和材料可用性:评估论文中结论所需的所有数据已存档于Dataverse athttps://doi.org/10.7910/dvn/dsyb.。可能要求作者提供与本文相关的其他数据。

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