文章信息

第一作者：王昊

通讯作者：范亚文 教授，陆欣鑫 副教授通讯单位：黑龙江省水生生物多样性研究省级重点实验室

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.169536

亮点

• 随着季节的更替，在各种人为压力下，河流生态系统的分类和功能呈现出同质化的趋势。

• 在城市地区，各种类型的水污染并不直接影响底栖硅藻，而是通过调控营养盐间接影响底栖硅藻群落稳定。• 周转组分对总β多样性的影响最大，主要受环境过滤的影响

• 空间因素对功能β多样性的作用更为显著。

研究进展

地球上的生物多样性为许多对人类至关重要的功能和服务提供了关键支持，包括碳循环、食物生产和淡水资源。气候变化、环境变化和土地利用变化持续对我们生存所必需的生物多样性施加压力。因此，准确预测生物多样性的丧失对于制定政策以遏制未来的生物多样性丧失并减轻当前的生物多样性丧失至关重要。而人类活动会加剧了污染物排放和城市化进程，大量营养物质被排放到河流生态系统中。在面对各种外部环境压力时，生物群落经常进行结构调整以适应这些变化。在超过耐受阈值时，生态系统内部发生转变。硅藻是水生态系统中最重要的初级生产者之一，不仅为生态系统中其他消费者提供碳源,也因分布广泛、种类多、世代时间短等特点，通常被认为是水环境及生态系统良好的指示生物。然而对多种环境压力源下底栖硅藻群落及多样性之间是否存在显著差异是尚未明确的关键科学问题。（图1）。

图1 图文摘要

研究意义

（1）生物群落补充信息的确定：通过确定底栖硅藻群落的α多样性和β多样性的变化，旨在探讨这些指标是否提供了生物群落的补充信息，从而提高我们对生态系统多样性的理解。

（2）城市河流生物群落的潜在均质化：营养物质的富集可能导致大型河流和湖泊中生物群落的均质化。我们试图调查这一规律是否适用于污染严重、河道狭窄蜿蜒的城市水体。

（3）对寒冷地区水体融冰的影响和适应研究：在寒冷地区水体中，底栖硅藻对水温和pH等因素的敏感性使其成为评估融冰对水生生态系统影响的关键生物指标。此外，研究底栖硅藻在寒冷地区水体中的适应性，有助于了解生物在极端气候条件下的生态和生理特征，为生态系统的适应性管理提供见解。

主要结论

（1）各理化因子在季节变化中呈现出明显的趋势，而在β多样性方面，马家沟、何家沟、阿什河流域表现出相似的模式，且与松花江存在显著的差异。揭示了季节性变化对底栖硅藻群落的影响，以及在不同地理区域之间底栖硅藻β多样性的差异性响应。（图2）

图2 （a）主要物理压力源的季节性变化；（b）主要化学压力源的季节性变化；（c）β多样性的非度量多维尺度分析

（2）底栖硅藻的分类及功能α和β多样性组分在不同压力源下呈现显著差异，其中α多样性主要受污染类型的影响，而β多样性则主要受空间因素的调控。（图3）

图3 利用水文、水质、气候和空间因素对分类及功能α和β多样性组分进行分解。（a）分类的α多样性；（b）功能α多样性；（c）分类β多样性；（d）功能β多样性

（3）结构方程模型表明，多重压力源主要通过营养盐的间接调控，对底栖硅藻α、β多样性产生显著影响。（图4）

图4 基于环境因子与多样性相互作用的底栖硅藻结构方程模型（红线表示正的路径强度，蓝线表示负的路径强度。（a）基于α多样性的SEM；（b）基于β多样性的SEM）

作者介绍

王昊，硕士研究生，研究方向：城市河流底栖硅藻多样性格局及水生态健康评价。

通讯邮箱：wh658504@163.com

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。发表SCI收录论文30余篇。

通讯邮箱：luxinxinchina@163.com

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8项。

通讯邮箱：fanyaw@163.com