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(duì)不同生物類(lèi)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(guó)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(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)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(zhǎng)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(píng)估長(zhǎng)江流域淡水生物多樣性對(duì)多重壓力因素的不同響應(yīng)。通過(guò)將浮游植物、浮游動(dòng)物、著生藻類(lèi)、大型無(wú)脊椎動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)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(lèi)、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(duì)α和β生物多樣性的影響機(jī)制（圖1）。

圖1 長(zhǎng)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(zhǎng)江源區(qū) HYZ 到海拔較低的下游洪泛區(qū) LYZ，浮游植物和魚(yú)類(lèi)物種豐富度均有所增加（圖 2）。

圖2 長(zhǎng)江流域五個(gè)生物類(lèi)群的物種豐富度分布圖。注：不同的小寫(xiě)字母表示長(zhǎng)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(duì)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(lèi)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(wú)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(yú)類(lèi)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(duì)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(lèi)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(lèi)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(wú)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(yú)類(lèi)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(zhǎng)江流域淡水生物多樣性單個(gè)類(lèi)群（a. α 層面，b. β 層面）對(duì)多重壓力的響應(yīng)。

對(duì)綜合生物類(lèi)群指數(shù)IABI的研究發(fā)現(xiàn)，水質(zhì)對(duì)基于物種豐富度的IABI 的影響最大（系數(shù) = 0.40）。自然因素對(duì)水質(zhì)和水文都有明顯的直接影響。水文對(duì)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(duì)基于功能富集度的IABI貢獻(xiàn)最大。自然因素對(duì)水質(zhì)和水文有明顯的直接影響。水文和土地利用對(duì)水質(zhì)有顯著的直接影響（圖 4b）。基于綜合類(lèi)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(duì)水質(zhì)和水文有明顯的直接影響，水文對(duì)水質(zhì)有明顯的直接影響（圖 4c）。

圖 4 長(zhǎng)江流域淡水綜合生物類(lèi)群多樣性（a. 基于 IABI 的分類(lèi)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(duì)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(zhǎng)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(yú)類(lèi)和浮游植物對(duì)這些壓力因子的響應(yīng)更顯著，因此建議將魚(yú)類(lèi)和浮游植物作為指示長(zhǎng)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(guò)改變水質(zhì)間接影響生物多樣性，而水質(zhì)的改變又對(duì)綜合生物類(lèi)群指數(shù)IABIs產(chǎn)生直接顯著影響。因此，建議在制定長(zhǎng)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(lèi)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(guó)科學(xué)院水生生物研究所博士生李中陽(yáng)、中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)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(guó)科學(xué)院水生生物研究所陳宇順研究員、中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)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.

(https://doi.org/10.1007/s10980-023-01616-y)