摘要
海狸建造水坝，改变水在溪流、湖泊和陆地之间流动的方式。在阿拉斯加，海狸正从森林向北迁移，进入北极苔原。当海狸在北极建造水坝时，它们会导致冻土解冻。科学家们正在研究海狸和永久冻土的融化是如何影响阿拉斯加国家公园的溪流和河流的。例如，海狸造成的永久冻土解冻会向河流中添加汞等有害物质。汞可以被包括鱼类在内的溪流食物网吸收，然后吃起来就不健康了。永久冻土解冻也会将碳(从死去的植物中)转移到海狸的池塘中。当这些碳分解时，它可以作为温室气体从海狸池塘释放到空气中，导致地球气候变暖。科学家们正试图跟上这些忙碌的海狸，以更好地了解它们是如何改变北极景观和地球气候的。
海狸是生态系统工程师
海狸是建造水坝的生态系统工程师。大坝改变了水流在溪流、河流、湖泊和周围土地之间流动的方式。河狸在溪流中建造水坝，阻塞水流，使池塘淹没附近的土壤。图1)．对美国西部和加拿大海狸池塘的科学研究表明，海狸可以影响水质。海狸可以改变河流和湖泊中的营养物质(就像肥料一样)、碳(来自死去的植物)和有害物质(比如汞)的含量[1］．海狸还会引起贾第鞭毛虫病(有时也被称为海狸热)等疾病的传播。如果人们饮用未经过滤的溪水，这种疾病会使他们生病。海狸还为鱼类和野生动物创造栖息地，它们还可以通过促进植被生长和限制野火蔓延来影响景观。综上所述，人们有充分的理由使用“忙得像海狸一样”这个短语!
- 图一-(一)两只海狸在阿拉斯加格伦伦附近的一个池塘里吃灌木树枝。
- (b)阿拉斯加北极地区的海狸水坝是由灌木的小树枝和细枝组成的。(c)在过去，海狸生活在树木较大的地区，比如阿拉斯加的森林(地图上为深绿色)。然而，气候变化导致灌木在北极苔原(浅绿色)上生长，而这里以前主要是草和苔藓。海狸正从森林向北迁移到阿拉斯加西北部的北极苔原(白色箭头)，并利用这些灌木建造水坝(图片来源:Ken Tape;地图:https://daac.ornl.gov/cgi-bin/dsviewer.pl?ds_id=1691)．
阿拉斯加的海狸正在向北迁移
海狸通常生活在有森林的地区。他们用树木、树枝、泥土和岩石建造水坝和小屋。在阿拉斯加，海狸主要生活在北方森林在州的下半部分。但科学家最近发现海狸正在向北迁移，越过阿拉斯加的北方森林，进入北极苔原［2］．通过卫星图像，研究人员可以看到，在过去的30年里，阿拉斯加西北部的海狸池塘增加了。图2)．海狸正在迁移到阿拉斯加北极国家公园的新栖息地，包括白令海陆桥国家保护区、克鲁森斯特恩角国家纪念碑和诺阿塔克国家保护区。
- 图2 -卫星图片显示海狸对阿拉斯加西北部一条北极溪流的影响
- 蓝色箭头表示水流的方向。2003年，河狸绝迹，河道狭窄。到2016年，海狸已经建造了几座大坝(每个黑色箭头指向一座大坝)，创造了许多大型海狸池塘[图片来源:Quickbird (2003;数字地球公司)和世界观2(2016)]。
由于诱捕和气候变化，海狸的数量已经发生了变化。在19世纪，人们为了获取珍贵的皮毛而诱捕海狸，这使得该地区的海狸数量很低。到了20世纪，新的法律减缓了捕海狸的速度，这导致了海狸数量的增加。在过去，北极太冷了，缺乏海狸的食物和建造家园和水坝所需的大木棍。但是阿拉斯加的气候正在迅速变暖，比美国其他地区要快得多。随着天气变暖，树木和灌木可以向北生长。这种新生长的树木为海狸提供了建造水坝和小屋的木材。其他哺乳动物，如雪靴兔和驼鹿，也随着地球气候变暖和灌木变大而向北迁移。气候模型——或者计算机模拟——预测阿拉斯加的气候将在未来几十年继续变暖。因此，科学家们相信海狸的数量将继续增加，它们将在阿拉斯加的北极地区扩张。来自美国地质调查局、国家公园管理局和阿拉斯加费尔班克斯大学的科学家们目前正在研究海狸，以了解它们是如何改变北极土地和水域的。
海狸会导致永久冻土融化吗?
北极的海狸池塘与美国其他地区的海狸池塘不同，因为存在永冻层．永久冻土是阿拉斯加等北极地区的重要特征。永久冻土形成于寒冷的气候。大多数永久冻土已经冻结了数百年甚至数千年。但最近北极的气候变暖正在导致永久冻土融化。也许永久冻土根本不是永久的!当永久冻土融化时，冰就会融化，水就会流走，地面就会坍塌。在北极的城镇和城市，永久冻土解冻还会导致房屋倒塌和道路破损。
新的海狸池塘淹没了周围的北极永久冻土。在夏季，相对温暖的池塘水导致永久冻土变暖并迅速融化，这一过程被称为热岩溶［3.］．这种永久冻土融化可能发生在池塘下面，随着时间的推移，使池塘变得更深。永久冻土层的融化也会发生在池塘的边缘。随着时间的推移，湖岸融化、崩塌和侵蚀，这增加了海狸池塘的表面积(图3)．显而易见，海狸池塘可以改变土地和河流。它们如何影响水质和气候变化?
- 图3 -冻土带海狸池塘的鸟瞰图。
- 图中显示的是一座巨大的海狸水坝(白色箭头)，它阻挡了水流向下游。你可以看到池塘如何淹没附近的土壤。池塘中间的一堆树枝是海狸的小屋，它们的家(图片来源:Ken Tape)。
海狸对水质和鱼类的影响
永久冻土储存了大量的有机碳和养分。把碳和营养物质看作是溪流植物的食物藻类．藻类附着在岩石和木头上生长，或者漂浮在水中。藻类和其他水生植物构成了食物网的基础。它们支撑着昆虫、鱼类和所有其他以植物为食的动物。例如，驼鹿经常被发现吃海狸池塘里的植物。当碳和营养物质在永久冻土中冻结时，就像在冰箱中储存食物一样。当永久冻土融化时，就像你把食物从冷冻室转移到冰箱里。当食物解冻后，可以食用，也可以分解。
正如我们前面讨论过的，海狸可以通过建造池塘使永久冻土解冻。通过这种方式，海狸导致永久冻土中的碳和营养物质释放到池塘和溪流中。水质是衡量水对人类或生态系统安全程度的指标1．科学家们还不知道海狸池塘对水质和溪流食物网的影响。最近的一项研究在北极鱼类的肌肉中发现了融化的永久冻土中的碳。北极格雷林和多莉瓦尔登的物种永冻层碳在他们的肌肉中，因为它在他们的食物中4］．永久冻土的碳通过藻类进入食物网，并通过昆虫进入食物链。海狸池塘可能是某些鱼类的好地方，因为永久冻土的碳可以支持它们的生长和能量需求。
科学家、国家公园管理人员和渔民担心的一个问题是，从融化的永久冻土中释放出的金属汞进入海狸的池塘。除了碳和营养物质，永久冻土还储存着大量的汞。某些形式的汞是有毒的，可以被溪流的食物网吸收。为了更好地了解汞的释放，我们参观了阿拉斯加西北部的海狸池塘，进行科学观察，并收集了水和鱼的样本。我们对国家公园北极海狸池塘的研究表明，海狸池塘可能是有毒汞的“热点”。例如，我们发现河狸池沉积物中有毒形式的汞可占总汞含量的80%。如果人们食用含有大量汞的鱼类，就会对他们的健康产生负面影响。因此，确定海狸池塘是否会导致汞在北极鱼类体内积聚是很重要的。
海狸会影响地球气候吗?
当永久冻土融化，碳从冷冻室转移到冰箱时，这些解冻的碳也可以从土壤转移到空气中。土壤细菌可以分解解冻的碳，类似于动物咀嚼和消化食物的方式。通过这样做，这些细菌产生温室气体二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)．这些温室气体是过去40-50年来地球气候迅速变暖的主要原因。海狸池塘和其他北极浅湖向大气中释放大量甲烷[5］．我们预计永久冻土将继续融化，随着海狸向北迁移，更多的碳将被释放到大气中。海狸向地球大气中添加了更多的温室气体，可能会导致地球气候变暖!然而，科学家们不知道海狸对气候的影响有多大。我们将继续研究这些生态系统，以更好地了解海狸对北极和地球气候的重要性。
作为生态系统工程师，海狸对生态系统有很大的影响。现在海狸已经向北迁移到北极苔原，它们的影响可能会更大。海狸和永久冻土融化的结合使苔原溪流成为令人兴奋的研究场所。了解这些变化对整个食物网、气候和人类的影响是很重要的。我们现在才刚刚开始了解海狸把苔原溪流作为家时发生的所有不同的变化。在未来，我们将收集更多的水和鱼类样本，以更好地了解海狸对汞和温室气体的影响。现在，科学家们像海狸一样忙碌。
资金
该项目得到了美国地质勘探局- nps水质合作伙伴计划的资助。
术语表
北方森林：↑北半球大片的森林地区北方森林以针叶树为主，如云杉和松树。北方的树木和土壤储存了大量的碳。
北极苔原：↑北方森林北部地区北极苔原生态系统寒冷，有小植物(如苔藓和地衣)和永久冻土。
气候模型：↑复杂的计算机程序，用数学来理解地球的气候。气候模型可用于研究陆地、空气和海洋如何相互作用以影响气候。
永冻层：↑冻土:至少连续两年保持冻结状态的土壤，尽管大多数永久冻土冻结的时间要长得多。
热岩溶：↑当冻土解冻时，地表会坍塌。这个过程被称为热岩溶。
有机碳：↑碳:由生物形成的碳，如植物或动物在北极，土壤储存了大量的有机碳。
藻类：↑生长在溪流和湖泊中的简单植物。与许多陆地植物不同，藻类没有茎、根或叶。“藻类”是复数，单数术语是“藻类”。
永冻层碳：↑碳，或死的植物物质，储存在永久冻土中。当永久冻土融化时，大量的碳会作为温室气体释放到空气中。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
原文
↑Tape, K. D.， Jones, B. M.， Arp, C. D.， Nitze, I.， and gross, G. 2018。冻土带被筑坝:海狸在北极的殖民。水珠。改变医学杂志。24:4478 - 88。doi: 10.1111 / gcb.14332
参考文献
[1]↑奈曼，庄士敦，C. A.和凯利，J. C. 1988。海狸对北美溪流的改造。生物科学38:753 - 62。doi: 10.2307 / 1310784
[２]↑Tape, K. D.， Jones, B. M.， Arp, C. D.， Nitze, I.， and gross, G. 2018。冻土带被筑坝:海狸在北极的殖民。水珠。改变医学杂志。24:4478 - 88。doi: 10.1111 / gcb.14332
[3]↑琼斯，B. M.， Tape, K. D.，克拉克，J. A.，尼采，I，格罗斯，G.和Disbrow, J. 2020。海狸水坝的增加控制着阿拉斯加西北部鲍德温半岛北极苔原地区的地表水和热岩溶动力学。环绕。卷。15:075005。1748 - 9326 . doi: 10.1088 / / ab80f1
[4]↑奥唐纳，J. A.，凯里，M. P.，科赫，J. C.，许，X.，波林，B.，沃克，J.等。2020。多年冻土水文推动了北极河流食物网对旧碳的同化。生态系统23:435-53。doi: 10.1007 / s10021 - 019 - 00413 - 6
［5］↑图雷茨基，m.r.，艾伯特，b.w.，琼斯，m.c.，沃尔特·安东尼，K.，奥莱费尔特，D.，舒尔，e.a.g.，等。2020。永久冻土突然融化导致碳释放。Geosci Nat。13:138-43。doi: 10.1038 / s41561 - 019 - 0526 - 0
脚注
1.↑有关水质的更多资料，请参阅:https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/water-quality-information-topic．