文章信息
第一作者：段泳旭
通讯作者：陆欣鑫 副教授，刘妍 教授，范亚文 教授
通讯单位：哈尔滨师范大学，生命科学与技术学院
https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.121054
亮点
• 生境偏好影响城市湿地群落中底栖硅藻群落的组成。• 基于性状的功能多样性分析表明，硅藻群落比基于分类的分析更具同质性。• 硅藻群落在不同水文时期受到不同环境变量的影响。• 硅藻群落的组装过程中，确定性过程比随机过程占主导地位。• 分子方法（eDNA条形码技术）可提供补充信息。
研究进展
城市化导致城市湿地生物多样性的丧失日益严重。根据着生硅藻的附着模式，可分为附石（epilithic），附植（epiphytic），附泥（epipelic）硅藻。硅藻对环境变化非常敏感，因此经常被用作生态指标。然而，有关城市湿地不同生境着生硅藻群落的组成、时间动态和构建机制的细节仍不清楚。在本研究中，我们系统地评估了三种不同生境着生硅藻的组成和季节动态，并验证了eDNA在硅藻研究中的适用性。在不同水文时期的硅藻中，周转组分对总分类beta多样性的贡献远大于嵌套组分，而功能多样性的嵌套组分则相对重要。营养盐、溶解固体总量和水温是影响着生硅藻群落分类和功能beta多样性的主要变量。本研究证明生境偏好如何影响着生硅藻群落的组成、beta多样性和构建过程，并为保护城市湿地的生物多样性提供了新的见解（图1）。
图1 图文摘要
本研究揭示了三种生境中着生硅藻群落组成差异明显。在枯水期，附泥硅藻中的Melosira相对丰度明显高于附石硅藻和附泥硅藻。在丰水期，三种生境均以Nitzschia、Navicula和Cyclotella为主要分类群。在结冰期，附石硅藻以Luticola和Caloneis为主，附植硅藻以Cyclotella和Melosira为主，附泥硅藻以Gomphonema和Fragilaria为主。NMDS分析表明三种生境着生硅藻的群落组成在不同水文期存在差异，以及eDNA技术与形态学鉴定结果的互补性（图2）。
图2 （a）、（b）和（c）表明附石、附植和附泥硅藻群落中主要硅藻属的相对丰度，（d）、（e）和（f）表明不同水文时期不同生境硅藻群落的非度量多维尺度分析。
线性回归模型表明就与形态学和基于eDNA的硅藻群落在三个水文期中分类学和功能beta多样性存在明显的正相关关系。虽然两种方法得出的硅藻群落差异较大，但分类和功能beta多样性及其组分得出的结论是一致的。因此，分类和功能beta多样性及其组分提供了互补的生态学理解，同时证实了eDNA元条形码的适用性（图3）。
图3 基于形态学和eDNA元条形码的硅藻群落在不同时期中分类和功能beta多样性各组分之间的关系
根据形态学和eDNA分析结果，营养盐是三种生境着生硅藻分类beta多样性的主要环境变量。此外，总溶解固体（TDS）和水文因素直接影响附泥硅藻的分类beta多样性，而eDNA（硅藻）则直接受水文因素影响。重金属对附石硅藻的分类beta多样性没有直接影响，但对营养盐有显著影响，从而间接影响附石硅藻的分类beta多样性（图4）。
图4 基于环境、空间变量与着生硅藻分类beta多样性相互作用的结构方程模型。红色实线表示有显著相关性，灰色虚线表示无显著影响。（a）路径分析；（b）直接和间接的效应值。
硅藻群落的分类beta多样性和功能beta多样性受到不同环境变量的影响。附石硅藻和 eDNA（硅藻）的功能beta多样性直接受到营养盐的影响。此外，重金属离子与附泥硅藻功能beta多样性呈显著正相关。然而，空间变量与硅藻群落的分类和功能beta多样性均没有显著相关关系（图5）。
图5 基于环境、空间变量与着生硅藻功能beta多样性相互作用的结构方程模型。红色实线表示有显著相关性，灰色虚线表示无显著影响。（a）路径分析；（b）直接和间接的效应值。
Mantel test表明，三个水文期硅藻群落受到不同环境因素的影响。水温是枯水期影响附植硅藻和附泥硅藻群落结构的重要环境变量，而 eDNA（硅藻）则受pH的影响。营养盐是影响丰水期硅藻群落结构的主要环境变量。此外，三种生境的硅藻群落结构和eDNA（硅藻）在结冰期受多种环境变量的综合影响。同时，C-score表明确定性过程主导了三种生境和eDNA（硅藻）硅藻群落的构建过程。
图6 （a）、（b）和（c）利用Mantel test揭示不同水文期环境变量与硅藻群落结构的相关性。（d）C-score揭示随机性过程和确定性过程对硅藻群落构建的贡献
段泳旭，哈尔滨师范大学硕士研究生，主要从事城市湿地着生硅藻多样性格局及群落构建机制研究。在Environmental Research和Ecological Indicators发表SCI论文2篇。
陆欣鑫，博士，哈尔滨师范大学生命科学与技术学院 副教授，硕士生导师，研究方向：溪流底栖硅藻物种共存机制及水生态健康评价。主持黑龙江省自然科学基金优秀青年基金项目1项，发表SCI收录论文30余篇。
通讯邮箱：luxinxinchina@163.com
刘妍，博士，哈尔滨师范大学生命科学与技术学院 教授，博士生导师，研究方向：硅藻植物生物多样性及地理分布格局。发表SCI收录论文60余篇。主持国家自然科学基金项目4项。
范亚文，博士，哈尔滨师范大学生命科学与技术学院 教授，博生导师，黑龙江省水生生物多样性研究省级重点实验室主任，研究方向：硅藻分类、水生态系统完整性及健康评价。发表SCI收录论文80余篇。主持国家自然科学基金项目9项。
通讯邮箱：fanyaw@163.com
