科研動態

水生所在漢江流域底棲動物群落多樣性維持機制研究中取得重要進展

  大型底棲動物是河流生態系統中的一個關鍵類群,是研究河流生物群落構建和多樣性格局的模式生物。然而,相比于溫帶 (歐洲和北美) 和熱帶 (南美) 地區,關于亞熱帶季風區河流底棲動物群落多樣性維持的研究仍然不足,有關該區域底棲動物物種、功能和系統發育多樣性格局的整合研究更是鮮見報道。

  漢江上游地處秦巴生物多樣性生態功能區,位于北亞熱帶至暖溫帶的過渡區域,屬生物多樣性研究的熱點區域。該地區亦是南水北調中線工程的水源地,其生態安全受到國家和社會的密切關注。自2010年以來,中國科學院水生生物研究所水生無脊椎動物分類與多樣性學科組一直致力于探索漢江流域底棲動物的群落構建及多樣性維持機制,同時關注人類活動對該類群多樣性格局的影響和改變。近期,該學科組與Jani Heino (Finnish Environment Institute),Jonathan Tonkin (University of Canterbury) 和Jorge Girón (Universidad de León) 等國際知名淡水生態學家密切合作,在相關領域研究中取得一系列重要進展。 

  在群落構建和多樣性維持方面,研究團隊深入分析了驅動底棲動物群落結構和多樣性格局 (物種、功能和系統發育) 形成的機制,相關研究發現:1) 底棲動物群落受到環境和空間因子的共同驅動,顯示生態位過程 (Niche process) 和中性過程 (Neutral process) 共同作用于群落構建;2) 底棲動物群落對不同生態學過程 (環境過濾、質量效應和擴散限制) 的響應取決于其自身的功能性狀。環境過濾和擴散限制對弱擴散者影響較大,而質量效應主要作用于底棲動物中的強擴散者 (Li et al., 2021)3) 底棲動物的擴散路徑亦影響著群落的構建過程。直線距離 (straight-line distance) 對群落變化的解釋度優于河網距離 (watercourse distance) 和景觀距離 (landscape distance),說明成蟲階段的飛行是流域內底棲動物的最主要擴散模式 (1Li et al., 2020a)4) 底棲動物的物種、功能和系統發育beta多樣性受到不同生態學過程的驅動。物種和系統發育beta受到擴散限制和歷史過程的強烈制約,而功能beta多樣性主要受局域環境的影響 (2Li et al., 2020b) 

 

  1 底棲動物群落相異性與環境、直線、景觀和水網距離的關系 

 

  2 物種、功能和系統發育beta多樣性對局域、流域、區域環境因子和空間因子的響應 

  在環境生物評價等應用生態學領域,團隊比較了底棲動物的物種、性狀和多樣性指數 (物種、功能和系統發育) 在甄別人類干擾程度中的適用性。研究發現:1) 物種和性狀都可以很好地指示流域內的人類干擾水平,但性狀可以對人類干擾下群落結構的變化做出更為合理的解釋;2) 流域土地利用方式對物種組成影響更大,而局域環境對性狀的影響更大,表明物種和性狀受到不同環境因素的驅動。在生物監測中,應當將群落的物種組成和性狀組成相結合,從而綜合評價不同尺度上環境變化對生物群落的影響 (Li et al., 2019)3) 流域內的人類干擾造成了底棲動物物種、功能和系統發育多樣性指數的下降。相比于物種和功能,系統發育多樣性指數對人類干擾所引起的環境變化更為敏感,因而可以更好地反映干擾對群落多樣性的影響 (3Li et al., 2020c) 

 

  3 不同維度多樣性指數對人類干擾、自然因素、空間過程和種庫限制的響應 

  以上系列研究論文發表于Limnology and OceanographyScience of the Total EnvironmentEcological Indicators等國際知名期刊。李正飛博士為上述論文的第一作者,謝志才研究員為通訊作者,博士生劉振元、葛奕豪、陳嘯等參與了相關工作。該系列研究獲得中國科學院重點部署項目、科技部基礎資源調查專項、生態環保部多樣性專項、國家自然科學基金項目、博士后基金等資助。 

  文章鏈接:  

  1. Li et al., 2019. Science of the Total Environment, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969718345789 

  2. Li et al., 2020a. Science of the Total Environment, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720371618 

  3. Li et al., 2020b. Limnology and Oceanography, https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/lno.11599 

  4. Li et al., 2020c. Science of the Total Environment, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719347412  

  5. Li et al., 2021. Ecological Indicators, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X20311274

 

    

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