新聞科研進(jìn)展
水生所等單位聯(lián)合揭示長江流域水資源和水環(huán)境驅(qū)動(dòng)多種水生態(tài)因子的機(jī)制
全球大河流域中的淡水生物多樣性正日益受到水壩和其他多重人為壓力因子的威脅，但我們對不同生物類群的復(fù)雜反應(yīng)及其多維度響應(yīng)的機(jī)制了解仍然有限。
在前期研究的基礎(chǔ)上（Xiong et al.,2021,2022,2023），中國科學(xué)院水生生物研究所陳宇順研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國環(huán)境監(jiān)測總站金小偉研究員團(tuán)隊(duì)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王備新教授團(tuán)隊(duì)等，以長江流域?yàn)槔▓D1），提出了一種多層面的綜合生物指數(shù)方法，用于評估長江流域淡水生物多樣性對多重壓力因素的不同響應(yīng)。通過將浮游植物、浮游動(dòng)物、著生藻類、大型無脊椎動(dòng)物和魚類的單個(gè)生物多樣性指數(shù)與新型綜合水生生物多樣性指數(shù)（IABI）相結(jié)合，從分類、功能和系統(tǒng)發(fā)育的維度揭示了水資源、水環(huán)境、土地利用和自然因素對α和β生物多樣性的影響機(jī)制（圖1）。
圖1 長江流域多重生物指示因子響應(yīng)壓力結(jié)構(gòu)示意圖
研究發(fā)現(xiàn)，從海拔較高的長江源區(qū) HYZ 到海拔較低的下游洪泛區(qū) LYZ，浮游植物和魚類物種豐富度均有所增加（圖 2）。
圖2 長江流域五個(gè)生物類群的物種豐富度分布圖。注：不同的小寫字母表示長江流域不同地區(qū)之間的顯著差異。
在單個(gè)生物指數(shù)方面，對于α多樣性，浮游植物多樣性主要由水文、水質(zhì)和自然因素驅(qū)動(dòng)，其次是土地利用。浮游動(dòng)物多樣性主要受水質(zhì)和水文因素影響。著生藻類多樣性主要受水文因素影響，其次是水質(zhì)、土地利用和自然因素。大型無脊椎動(dòng)物的多樣性主要受水文因素影響，其次是水質(zhì)、土地利用和自然因素。魚類多樣性主要受水文和水質(zhì)影響，其次是土地利用和自然因素（圖 3a）。對于β多樣性，浮游植物組合的變化主要受水質(zhì)和水文的影響，其次是自然因素和土地利用。浮游動(dòng)物種類的變化主要受水文因素的影響，其次是自然因素、水質(zhì)和土地利用。著生藻類的變化主要受水質(zhì)影響，其次是自然因素、水文和土地利用。大型無脊椎動(dòng)物群的變化主要受水質(zhì)和水文的影響，其次是土地利用和自然因素。魚類組合的變化主要受水文和自然因素的影響，其次是土地利用和水質(zhì)（圖 3b）。
圖3長江流域淡水生物多樣性單個(gè)類群（a. α 層面，b. β 層面）對多重壓力的響應(yīng)。
對綜合生物類群指數(shù)IABI的研究發(fā)現(xiàn)，水質(zhì)對基于物種豐富度的IABI 的影響最大（系數(shù) = 0.40）。自然因素對水質(zhì)和水文都有明顯的直接影響。水文對水質(zhì)有明顯的直接影響（圖 4a）。土地利用（系數(shù) = 0.29）和自然因素（0.24）對基于功能富集度的IABI貢獻(xiàn)最大。自然因素對水質(zhì)和水文有明顯的直接影響。水文和土地利用對水質(zhì)有顯著的直接影響（圖 4b）。基于綜合類群系統(tǒng)發(fā)育（delta+）的 IABI指數(shù)與水質(zhì)（系數(shù) = 0.35）和土地利用（0.26）密切相關(guān)。自然因素對水質(zhì)和水文有明顯的直接影響，水文對水質(zhì)有明顯的直接影響（圖 4c）。
圖 4 長江流域淡水綜合生物類群多樣性（a. 基于 IABI 的分類多樣性，b. 基于 IABI 的功能多樣性，c. 基于 IABI 的系統(tǒng)發(fā)育多樣性）對多重人為脅迫因素（土地利用、水質(zhì)和水文）和自然因素（自然）的響應(yīng)。
綜上所述，研究發(fā)現(xiàn)水資源和水環(huán)境是長江所有淡水生物多樣性指數(shù)的主要驅(qū)動(dòng)因素，其次是土地利用和自然因素。在所研究的淡水生物群落中，魚類和浮游植物對這些壓力因子的響應(yīng)更顯著，因此建議將魚類和浮游植物作為指示長江流域多重壓力因素干擾的優(yōu)先指標(biāo)。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)自然因素、土地利用和水文因素通過改變水質(zhì)間接影響生物多樣性，而水質(zhì)的改變又對綜合生物類群指數(shù)IABIs產(chǎn)生直接顯著影響。因此，建議在制定長江流域淡水生物多樣性保護(hù)和管理計(jì)劃時(shí)，應(yīng)該同時(shí)考慮單個(gè)和綜合生物類群指標(biāo)。
以上研究成果近日在線發(fā)表在Water Research X (https://doi.org/10.1016/j.wroa.2024.100251)。中國科學(xué)院水生生物研究所博士生李中陽、中國環(huán)境監(jiān)測總站博士生謝慧鈺、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生彭智奇為該文的共同第一作者；中國科學(xué)院水生生物研究所陳宇順研究員、中國環(huán)境監(jiān)測總站金小偉研究員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王備新教授為該文的共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
前期相關(guān)研究：
1.Xiong F,Olden D J,Lu Y,et al.,2021. Riparian land use and in-channel stressors drive fish community structure in the Yangtze River. Landscape Ecology,36,3079–3095. (https://link.springer.com/article/10.1007/s10980-021-01278-8)?
2.Xiong F,Chen Y,Zhang S,et al.,2022. Land use,hydrology,and climate influence water quality of China’s largest river. Journal of Environmental Management,318,115581.??(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479
3. Xiong,F.,Infante,D.M.,Olden,J.D. et al.,2023. River–lake connectivity,wetland,and human stress factors shape fish diversity (alpha and beta) patterns in the middle and lower Yangtze River,China. Landscape Ecology 38,3809–3824.