水生所揭示人為干擾如何加劇河流生態(tài)“隨機(jī)性”并導(dǎo)致“功能退化”
河流是地球的命脈，但正日益承受著來自農(nóng)業(yè)、城市化等人類活動(dòng)的巨大壓力。這些干擾如何重塑水生生物群落的多樣性格局？又將如何進(jìn)一步削弱河流生態(tài)系統(tǒng)功能？近期，中國科學(xué)院水生生物研究所水生動(dòng)物分類學(xué)與演化研究組以亞熱帶河流為研究對象，圍繞人為干擾對生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制展開系統(tǒng)探索。團(tuán)隊(duì)從群落構(gòu)建與生態(tài)系統(tǒng)功能兩個(gè)維度切入，揭示了人為干擾不僅增強(qiáng)了生態(tài)過程的隨機(jī)性作用，更是通過生物多樣性（特別是稀有種）的喪失，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)多功能性（EMF）的顯著受損。
在生態(tài)學(xué)理論中，群落構(gòu)建主要受確定性過程（如環(huán)境篩選和種間互作）和隨機(jī)性過程（如生態(tài)漂變和擴(kuò)散）兩大力量調(diào)控。傳統(tǒng)觀點(diǎn)常認(rèn)為，在嚴(yán)酷的人為干擾下，環(huán)境篩選（確定性過程）會占據(jù)主導(dǎo)。然而，本研究的發(fā)現(xiàn)對這一傳統(tǒng)觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn)：隨著人類干擾程度的加劇，主導(dǎo)群落構(gòu)建的力量，轉(zhuǎn)向以“生態(tài)漂變”（Ecological Drift）為代表的隨機(jī)過程。研究發(fā)現(xiàn)，多重人為干擾驅(qū)動(dòng)底棲動(dòng)物的α與β多樣性呈現(xiàn)不同響應(yīng)，并導(dǎo)致生物群落的規(guī)?？s小。在“小種群”中，物種隨機(jī)的出生與死亡、擴(kuò)散與定殖事件的影響被急劇放大，其作用甚至強(qiáng)于環(huán)境篩選。這使得群落的演替方向變得更加不可預(yù)測。此外，研究還明確了，在影響底棲動(dòng)物多樣性的多重人類干擾因素中，流域尺度的土地利用（如城市化和農(nóng)業(yè)活動(dòng)）方式和強(qiáng)度發(fā)揮了主導(dǎo)作用。
圖1?基于系統(tǒng)發(fā)育和分類學(xué)β多樣性的零模型揭示人為干擾對群落的影響
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探討了城市化對生態(tài)系統(tǒng)多功能性（Ecosystem Multifunctionality,EMF）的影響及其作用路徑。通過構(gòu)建路徑模型，識別了城市化的影響途徑 (圖2)。主要發(fā)現(xiàn)：(1) “生物途徑”是主導(dǎo)。城市化一方面通過排污、改變水文（非生物途徑）影響EMF，另一方面通過降低底棲動(dòng)物生物多樣性（生物途徑）來損害EMF。分析證實(shí)，由生物多樣性喪失所介導(dǎo)的“生物途徑”是導(dǎo)致EMF下降的最主要原因。(2) 物種豐富度（TD）更關(guān)鍵。底棲動(dòng)物的物種豐富度對EMF的積極貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于功能多樣性。在受干擾的平原河網(wǎng)中，維持“足夠多”的物種，對于保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)功能至關(guān)重要。(3) “稀有種”的貢獻(xiàn)不容忽視。稀有種在維持EMF中發(fā)揮了比常見種更強(qiáng)的積極作用。盡管數(shù)量不多，但稀有種（如大型雙殼類、蜻蜓幼蟲等）可能提供了某些不可替代的關(guān)鍵作用（如強(qiáng)大的濾水能力或通過捕食調(diào)節(jié)生物組成）。城市化對這些脆弱的稀有種影響巨大，是導(dǎo)致EMF受損的重要原因。
圖2?城市化影響生態(tài)系統(tǒng)多功能性的路徑圖
上述研究分別基于團(tuán)隊(duì)在南水北調(diào)中線水源地及長江三角洲平原河網(wǎng)開展的大量野外實(shí)地調(diào)查。研究指出，未來的河流保護(hù)必須協(xié)同發(fā)力。一方面，管理需要“向上游看”，在流域尺度進(jìn)行宏觀規(guī)劃，從土地源頭上減輕人為壓力；另一方面，行動(dòng)則要“向下扎根”，將物種多樣性，尤其是承擔(dān)獨(dú)特功能的稀有種的保護(hù)，視為與水質(zhì)凈化同等重要的核心目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、更有效的生態(tài)修復(fù)。
以上兩項(xiàng)研究成果發(fā)表在國際湖沼學(xué)與海洋學(xué)領(lǐng)域期刊Limnology and Oceanography上，水生所李正飛副研究員與博士研究生楊佳莉分別為第一作者，張君倩副研究員與謝志才研究員為共同通訊作者。
論文1原文鏈接：Li,Z.,Xie,Z.,Ge,Y.,García-Girón,J.,Jiang,X.,Zhao,X.,Heino,J. and Zhang,J. (2025),Ecological drift drives anthropogenic impacts on multiple facets of aquatic insect diversity. Limnology and Oceanography.?70: 2109-2124. https://doi.org/10.1002/lno.70102
論文2原文鏈接：Yang,J.,Li,Z.,Jeppesen,E.,Moi,D. A.,Liu,Y.,Mo,Y.,Bai,X.,Wang,F.,Xie,Z. and Zhang,J. (2025),Urbanization alters river multifunctionality by reducing macroinvertebrate diversity in highly human-impacted plain river networks. Limnology and Oceanography. 70: 3447-3461. https://doi.org/10.1002/lno.70221
