水生所等单位联合揭示长江流域水资源和水环境驱动多种水生态因子的机制

　　

全球大河流域中的淡水生物多样性正日益受到水坝和其他多重人为压力因子的威胁，但我们对不同生物类群的复杂反应及其多维度响应的机制了解仍然有限。

在前期研究的基础上（Xiong et al.,2021,2022,2023），中国科学院水生生物研究所陈宇顺研究员团队联合中国环境监测总站金小伟研究员团队、南京农业大学王备新教授团队等，以长江流域为例（图1），提出了一种多层面的综合生物指数方法，用于评估长江流域淡水生物多样性对多重压力因素的不同响应。通过将浮游植物、浮游动物、着生藻类、大型无脊椎动物和鱼类的单个生物多样性指数与新型综合水生生物多样性指数（IABI）相结合，从分类、功能和系统发育的维度揭示了水资源、水环境、土地利用和自然因素对α和β生物多样性的影响机制（图1）。

图1 长江流域多重生物指示因子响应压力结构示意图

研究发现，从海拔较高的长江源区 HYZ 到海拔较低的下游洪泛区 LYZ，浮游植物和鱼类物种丰富度均有所增加（图 2）。

图2 长江流域五个生物类群的物种丰富度分布图。注：不同的小写字母表示长江流域不同地区之间的显著差异。

在单个生物指数方面，对于α多样性，浮游植物多样性主要由水文、水质和自然因素驱动，其次是土地利用。浮游动物多样性主要受水质和水文因素影响。着生藻类多样性主要受水文因素影响，其次是水质、土地利用和自然因素。大型无脊椎动物的多样性主要受水文因素影响，其次是水质、土地利用和自然因素。鱼类多样性主要受水文和水质影响，其次是土地利用和自然因素（图 3a）。对于β多样性，浮游植物组合的变化主要受水质和水文的影响，其次是自然因素和土地利用。浮游动物种类的变化主要受水文因素的影响，其次是自然因素、水质和土地利用。着生藻类的变化主要受水质影响，其次是自然因素、水文和土地利用。大型无脊椎动物群的变化主要受水质和水文的影响，其次是土地利用和自然因素。鱼类组合的变化主要受水文和自然因素的影响，其次是土地利用和水质（图 3b）。

图3长江流域淡水生物多样性单个类群（a. α 层面，b. β 层面）对多重压力的响应。

对综合生物类群指数IABI的研究发现，水质对基于物种丰富度的IABI 的影响最大（系数 = 0.40）。自然因素对水质和水文都有明显的直接影响。水文对水质有明显的直接影响（图 4a）。土地利用（系数 = 0.29）和自然因素（0.24）对基于功能富集度的IABI贡献最大。自然因素对水质和水文有明显的直接影响。水文和土地利用对水质有显著的直接影响（图 4b）。基于综合类群系统发育（delta+）的 IABI指数与水质（系数 = 0.35）和土地利用（0.26）密切相关。自然因素对水质和水文有明显的直接影响，水文对水质有明显的直接影响（图 4c）。

图 4 长江流域淡水综合生物类群多样性（a. 基于 IABI 的分类多样性，b. 基于 IABI 的功能多样性，c. 基于 IABI 的系统发育多样性）对多重人为胁迫因素（土地利用、水质和水文）和自然因素（自然）的响应。

综上所述，研究发现水资源和水环境是长江所有淡水生物多样性指数的主要驱动因素，其次是土地利用和自然因素。在所研究的淡水生物群落中，鱼类和浮游植物对这些压力因子的响应更显著，因此建议将鱼类和浮游植物作为指示长江流域多重压力因素干扰的优先指标。同时，研究发现自然因素、土地利用和水文因素通过改变水质间接影响生物多样性，而水质的改变又对综合生物类群指数IABIs产生直接显著影响。因此，建议在制定长江流域淡水生物多样性保护和管理计划时，应该同时考虑单个和综合生物类群指标。

以上研究成果近日在线发表在Water Research X (https://doi.org/10.1016/j.wroa.2024.100251)。中国科学院水生生物研究所博士生李中阳、中国环境监测总站硕士生谢慧玉、南京农业大学博士生彭智奇为该文的共同第一作者；中国科学院水生生物研究所陈宇顺研究员、中国环境监测总站金小伟研究员、南京农业大学王备新教授为该文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。

前期相关研究：

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)