趙 茜,潘福霞,李 斌,臧小苗,丁 森

(1:山東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境研究院,濟南 250358)(2:中國科學(xué)院海洋研究所,青島 266071)(3:中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室,北京 100012)

當(dāng)前河流生態(tài)系統(tǒng)整體性保護及策略制定是水生態(tài)學(xué)科中研究的熱點與難點,實現(xiàn)這一目標(biāo)的前提是要對河流生物多樣性進行準(zhǔn)確評估。在此背景下,如何全面科學(xué)地獲取河流水生生物多樣性信息,揭示其對人為干擾的響應(yīng)備受生態(tài)學(xué)家的關(guān)注。大型底棲動物處于食物鏈的中間環(huán)節(jié),對維系河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定具有重要作用[1]。以往大型底棲動物多樣性評估主要基于形態(tài)學(xué)方法,與此相比,環(huán)境DNA技術(shù)在生物多樣性評估中能夠提供更多關(guān)于稀有物種的信息。例如,王雨[2]對錢塘江42個山區(qū)河流點位進行研究發(fā)現(xiàn),基于形態(tài)學(xué)方法共采集229種大型底棲動物,而eDNA技術(shù)注釋到859種大型底棲動物,在稀有物種的檢測上展現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢。

近二十年來,受人為干擾的影響,河流大型底棲動物多樣性正以前所未有的速度下降[3]。河岸帶土地利用方式轉(zhuǎn)變是影響河流大型底棲動物的關(guān)鍵要素之一[4]。研究表明,土地利用方式轉(zhuǎn)變會造成水質(zhì)變化[5-6]。如農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地面積的增加會導(dǎo)致外源性離子和營養(yǎng)鹽濃度激增,造成水體鹽化和富營養(yǎng)化[5]。此外,農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地還會導(dǎo)致土壤中抗生素濃度升高[6],并隨降水形成的地表徑流進入水體。外源性離子、營養(yǎng)鹽和抗生素濃度的激增,無疑會對大型底棲動物產(chǎn)生影響[7-9]。然而,以往有關(guān)外源性離子、營養(yǎng)鹽和抗生素與大型底棲動物群落之間響應(yīng)關(guān)系的研究主要聚焦其中一類環(huán)境因子的影響,多環(huán)境因子通過耦合效應(yīng)對生物群落產(chǎn)生的影響卻鮮有報道。近年來,He等[10]利用變差分解分析(variance partitioning analysis,VPA)研究了海拔、坡向、水環(huán)境因子對大型底棲動物多樣性的獨立效應(yīng)和耦合效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn),海拔和水環(huán)境因子對大型底棲動物群落組成變化的貢獻率為9%;坡向和水環(huán)境因子的貢獻率是8%。由此可見,該方法是揭示多環(huán)境因子對水生生物群落組成獨立效應(yīng)影響和耦合效應(yīng)影響的有效方法之一。

山東省濟南市南部山區(qū)是位于黃河流域下游的山區(qū)河流,分布有錦繡川、錦陽川和錦云川等重要河流,承擔(dān)著濟南市南部40萬居民的供水功能[11],同時也是濟南諸泉水源的重要補給。隨著黃河流域下游城市群經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,快速的城市化進程給脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力,導(dǎo)致生物多樣性下降[12]。因此,對該區(qū)域進行生物多樣性保護是響應(yīng)黃河高質(zhì)量發(fā)展國家戰(zhàn)略的必然要求。以往針對該區(qū)域的研究主要關(guān)注關(guān)鍵環(huán)境因子對大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)及攝食功能群的影響[13-14],而這些環(huán)境因子是否會通過耦合效應(yīng)影響河流生物多樣性仍是未知。鑒于此,本研究以南部山區(qū)大型底棲動物為研究對象,基于多類環(huán)境因子的調(diào)查監(jiān)測,分析關(guān)鍵環(huán)境因子對大型底棲動物α-和β-多樣性的耦合效應(yīng),以期為山區(qū)河流生物多樣性保護策略的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置

濟南市南部山區(qū)河流(30°05′～30°57′N, 119°28′～120°08′E)地處泰山余脈,是濟南市重要的生態(tài)屏障。本文選擇南部山區(qū)錦繡川、錦陽川、錦云川及三川匯合后河流開展研究,研究區(qū)涉及流域面積256 km2[15]。與黃河流域上游山區(qū)河流不同,該研究區(qū)土地利用類型以林地和草地為主;但近40年來,農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地比例逐漸增加[11],農(nóng)業(yè)灌溉、巖礦開采和生活污水排放等已造成外源性離子、營養(yǎng)物質(zhì)、抗生素等直接入河,生態(tài)環(huán)境急劇惡化?？紤]到南部山區(qū)人為干擾程度不同,同時兼顧空間異質(zhì)性,在錦繡川、錦陽川、錦云川及三川匯合后河流布設(shè)10個采樣點。其中,錦繡川設(shè)置3個采樣點(NS01～NS03),錦陽川3個(NS04～NS06),錦云川2個(NS07～NS08);三川匯合后河流2個(NS09～NS10)(圖1)。

圖1 采樣點分布Fig.1 Location of sampling sites

1.2 水環(huán)境樣品的采集與測定

1.3 生物樣品的采集與測定

1.3.1 生物樣品的采集 同期采集水環(huán)境DNA樣品用于大型底棲動物監(jiān)測。在每個樣點選取100～200 m作為監(jiān)測河段,包含緩流區(qū)、急流區(qū)和回水區(qū),在每個區(qū)設(shè)置1個采樣斷面。采集河流表層(距水面10 cm處)3 L河水,經(jīng)0.25 μm濾膜(Millipore, USA)過濾,每張濾膜過濾水樣300～500 mL,將過濾后5個平行樣品的濾膜分別放入5 mL離心管中,置于液氮中保存帶回,貯存于-80℃冰箱中以待分析。

1.3.2 DNA提取與PCR擴增 利用E.Z.N.ATMMag-Bind Soil DNA Kit(OMEGA, USA)對濾膜上富集的DNA片段進行提取,提取方法嚴(yán)格按照試劑盒說明書進行。

基于廣泛使用的大型底棲動物通用引物mlCOIintF和dgHCO2198進行PCR擴增[19]。正向引物為mlCOIintF:5′-GGWACWGGWTGAACWGTWTAYCCYCC-3′,反向引物為dgHCO2198:5′-TAAACTTCAGGGTGACCAAARAAYCA-3′。第1輪擴增體系為30 μL,其中包括2×Hieff?Robust PCR Master Mix 15 μL,正反向引物各1 μL,DNA模板10～20 ng,加無菌水至30 μL。PCR的擴增條件為: 94℃預(yù)變性3 min,94℃變性30 s,45℃退火20 s,65℃延伸30 s,變性、退火及延伸步驟循環(huán)20次,再于72℃進行末次延伸5 min。第2輪擴增引入Illumina橋式PCR兼容引物,將其置于無菌PCR管中(200 μL)配制與第一步相同的反應(yīng)體系,遵循以下反應(yīng)條件:95℃預(yù)變性3 min,94℃變性20 s,55℃退火20 s,72℃延伸30 s,2～4操作步驟循環(huán)5次,再于72 ℃最后延伸5 min。最后,在Illumina MiSeq PE300平臺進行高通量測序(生工生物工程(上海)股份有限公司)。下機得到的雙端序列數(shù)據(jù)(PE reads),再根據(jù)PE reads之間的overlap關(guān)系,將成對的reads拼接成一條序列。通過對獲取的優(yōu)質(zhì)序列進行聚類,將相似度高于97%的序列視為同種。然后選取每個OTU中最長的序列為代表序列,將該序列與GenBank檢索的COI網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫比對,進行物種注釋,以獲得各樣品中OTU的豐度表和物種注釋結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)分析

首先,剔除所有子樣本中相對豐度<0.001%和檢測頻率<10%的operational taxonomic units(OTUs)。然后,剔除每個監(jiān)測點位5個子樣本中檢出率<50%的OTUs;將子樣本中剩余OTUs的reads數(shù)取平均,作為每個樣點OTUs的reads數(shù)。最后,通過查詢剩余OTUs的生物學(xué)信息,僅保留淡水底棲動物的OTUs數(shù)據(jù),用于后續(xù)統(tǒng)計分析。

為研究黃河流域下游4條山區(qū)河流水化學(xué)指標(biāo)的差異性,對各樣點的水環(huán)境因子進行單因素方差分析(One-way ANOVA)。生物多樣性之間的差異性選用Kruskal-Wallis非參數(shù)檢驗(K-W test)。采用相似性百分比(SIMPER)分析導(dǎo)致各河流差異性顯著的關(guān)鍵物種(僅P<0.05的物種被保留)。同時,利用Upset圖探討不同山區(qū)河流之間的共有物種和特有物種,進一步揭示山區(qū)河流中大型底棲動物的區(qū)域組成差異。選用基于距離的偏冗余分析(distance-based redundancy analysis,db-RDA)識別造成流域內(nèi)大型底棲動物群落組成變異的顯著性環(huán)境因子,同時結(jié)合變差分解分析(variance partitioning analysis,VPA)計算顯著性環(huán)境因子對大型底棲動物群落組成變化的貢獻率。基于db-RDA篩選出的關(guān)鍵環(huán)境因子,利用t值雙標(biāo)圖(t-value biplot),分析每種大型底棲動物對關(guān)鍵環(huán)境因子的響應(yīng)[20]。

為分析鹽化、營養(yǎng)鹽和抗生素三類環(huán)境因子對大型底棲動物多樣性的耦合效應(yīng)影響,構(gòu)建逐步判別回歸模型(stepwise regression model),篩選出Akaike信息校正準(zhǔn)則(akaike information criterion corrected,AICc)變化值ΔAICc最小的模型。大型底棲動物多樣性指標(biāo)選取α-和β-多樣性兩個空間尺度的指數(shù)。其中,α-多樣性指數(shù)包括Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Marglef指數(shù)(d)和Chao1豐富度指數(shù)。β-多樣性指數(shù)包括總β多樣性(βSOR)及其兩個組分:物種周轉(zhuǎn)(species turnover,βSIM)和嵌套(species nestedness,βNES)。

數(shù)據(jù)分析中的單因素方差分析、K-W非參數(shù)檢驗和逐步判別回歸模型在SPSS 20中完成,t值雙標(biāo)圖在Canoco 5.0中繪制,db-RDA分析在Primer e軟件中進行,SIMPER、VPA、α-和β-多樣性指數(shù)的計算采用R語言操作平臺(版本 4.2.1)。其中,SIMPER、VPA分析和α-多樣性指數(shù)的計算使用“vegan”程序包[21],β-多樣性指數(shù)選用“betapart”程序包中的“beta.pair”法進行計算[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子特征

從整個研究區(qū)來看,黃河流域下游的4條山區(qū)河流鹽化程度和營養(yǎng)鹽濃度較高(表1)。表征鹽化程度的EC平均為(500.6±38.0) μS/cm。各類營養(yǎng)鹽指標(biāo)中,TN濃度最高,為地表水劣Ⅴ類水平(>2.0 mg/L);其次為NH3-N,介于Ⅰ～Ⅲ類之間(0～1.0 mg/L);TP濃度最低,達Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(<0.02 mg/L)。四類抗生素中,FQs濃度最高,平均值為(2.73±0.43) ng/L;其次為SAs((1.52±0.10) ng/L);TCs和MACs濃度最低,分別為(0.67±0.24)和(0.12±0.02) ng/L。

表1 黃河流域下游山區(qū)河流的環(huán)境特征(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)*Tab.1 Environmental characteristics in mountainous rivers at lower Yellow River Basin (Mean±SD)

2.2 大型底棲動物群落組成及多樣性分布特征

2.2.1 大型底棲動物群落組成 環(huán)境DNA共注釋出大型底棲動物25種,隸屬于4門5綱9目15科23屬(圖2A)。其中,節(jié)肢動物門種類數(shù)最多,為16種,均為昆蟲綱生物。其次是環(huán)節(jié)動物門、軟體動物門和線形動物門,分別為6種(寡毛綱6種)、2種(腹足綱1種、雙殼綱1種)和1種(色矛綱1種)。從不同河流來看,大型底棲動物組成也呈現(xiàn)出節(jié)肢動物門>環(huán)節(jié)動物門>軟體動物門>線形動物門(圖2B)。

圖2 研究區(qū)(A)及各河流(B)大型底棲動物的群落組成Fig.2 Community composition of macroinvertebrates in the study area (A) and each river (B)

SIMPER分析結(jié)果表明,黃河流域下游各河流大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)差異顯著(表2)。造成錦繡川和錦陽川大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)差異顯著的關(guān)鍵物種為昆蟲綱的大蚊(Tipulaabdominalis)、天角蜉(Uracanthellapunctisetae)和寡毛綱的顠體蟲(Aeolosomasp.);造成錦繡川和錦云川大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)差異顯著的關(guān)鍵物種為昆蟲綱的雙線環(huán)足搖蚊(Cricotopusbicinctus);造成錦繡川和三川匯合后河流大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)差異顯著的關(guān)鍵物種為昆蟲綱的刀鋏多足搖蚊(Polypedilumcultellatum)和蜍蝽(Ochterusmarginatus)以及寡毛綱的顫蚓(Tubifexignotus)。造成錦陽川和錦云川大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)差異顯著的關(guān)鍵物種為昆蟲綱的雙線環(huán)足搖蚊;造成錦陽川和三川匯合后河流大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)差異顯著的關(guān)鍵物種為昆蟲綱的刀鋏多足搖蚊和蜍蝽。

表2 大型底棲動物特征種平均豐富度及其對組內(nèi)相似性貢獻百分比Tab.2 The average abundance of characteristic species and their percentage contribution to similarity within the group

河流共有物種和特有物種結(jié)果表明(圖3),研究區(qū)共有物種為18種,占總物種數(shù)的72%,包括節(jié)肢動物門9種、環(huán)節(jié)動物門6種、軟體動物門2種和線形動物門1種。錦繡川、錦陽川、錦云川和三川匯合后河流中,僅錦繡川有1種特有物種,占總物種數(shù)的4%。黃河流域下游4條山區(qū)河流豐富的共有物種和匱乏的特有物種表明,整個流域的物種組成均質(zhì)化顯著。

圖3 各山區(qū)河流的共有物種和特有物種Fig.3 The shared and unique speciesin each mountainous river

2.2.2 大型底棲動物多樣性分布特征α-多樣性結(jié)果表明,H′介于1.14～2.22之間(圖4A),均值為1.81,根據(jù)生物多樣性評價標(biāo)準(zhǔn)[1],南部山區(qū)整體處于中度污染等級(13);Chao1指數(shù)介于11.75～28.00之間,均值為19.10。K-W檢驗表明,生物多樣性指數(shù)在各河流之間無顯著差異(P>0.05)。H′和d的最大平均值出現(xiàn)在三川匯合后河流,分別為2.08和3.66;Chao1豐富度指數(shù)最大平均值出現(xiàn)在錦繡川,為24.67。從每條河流來看,錦繡川H′和d的最大值出現(xiàn)在下游,而Chao1豐富度指數(shù)的最大值出現(xiàn)在上游;錦陽川H′的最大值出現(xiàn)在下游,d和Chao1豐富度指數(shù)的最大值出現(xiàn)在上游;錦云川H′和d從上游向下游逐漸遞減,Chao1豐富度指數(shù)逐漸遞增。三川匯合后河流H′、d及Chao1豐富度指數(shù)的分布模式與錦云川相反。

圖4 大型底棲動物α-多樣性(A)和β-多樣性(B)分布特征(橙色、綠色和紅色線分別表示H′、d和Chao1指數(shù)的均值)Fig.4 Distribution characteristics of α-diversity (A) and β-diversity (B) of macroinvertebrate (Orange, green and red lines represent the average values of H′, d and Chao1, respectively)

β-多樣性結(jié)果表明(圖4B),黃河流域下游4條山區(qū)河流60%樣點的βSIM高于βNES,說明隨著環(huán)境干擾的增強,大型底棲動物群落組成的變化以物種更替(βSIM)為主。從每條河流來看,錦繡川βSIM均低于βNES,說明該河流的生物組成變化主要是由物種喪失導(dǎo)致的;相反,錦陽川和三川匯合后河流βSIM均高于βNES,說明這2條河流生物組成變化是由物種更替造成的。

2.3 多環(huán)境因子對大型底棲動物群落組成的影響

鹽化和營養(yǎng)鹽是顯著影響研究區(qū)大型底棲動物群落組成變化的主要因素(圖5)。db-RDA結(jié)果顯示,EC和營養(yǎng)鹽中的TP、NH3-N及TN對大型底棲動物群落組成變化的解釋率為64.05%。其中,EC的解釋率為22.86%,營養(yǎng)鹽中TP、NH3-N和TN的解釋率分別為20.12%、13.25%和7.81%(圖5A)。VPA結(jié)果顯示,鹽化可與營養(yǎng)鹽和抗生素通過耦合效應(yīng)對大型底棲動物群落組成產(chǎn)生影響,貢獻率分別為21.60%和16.20%;抗生素和營養(yǎng)鹽對大型底棲動物群落組成影響的貢獻率為19.60%(圖5B)。

圖5 大型底棲動物群落的主要影響因子(A)及其影響貢獻(B)Fig.5 The main factors affecting the changes of macroinvertebrate community (A) and their contribution rate (B)

t-值雙標(biāo)圖結(jié)果表明,不同物種對不同環(huán)境因子的響應(yīng)具有顯著差異(圖6)。共篩選出3種對關(guān)鍵環(huán)境因子具有顯著響應(yīng)的物種(大型底棲動物及其相應(yīng)代碼見附表Ⅰ)。其中,雙線環(huán)足搖蚊(sp11)僅對TN一種環(huán)境因子呈顯著正響應(yīng)(圖6B);沿岸擬仙女蟲(Paranaislitoralis,sp4)對EC呈正響應(yīng)(圖6A),對TN呈負響應(yīng)(圖6B);正顫蚓(Tubifextubifex,sp6)對EC和TP呈正響應(yīng)(圖6A,D),對TN呈負響應(yīng)(圖6B)。

圖6 大型底棲動物與環(huán)境因子的t-值雙標(biāo)圖(A～D分別表示生物對EC、TN、NH3-N和TP的響應(yīng))Fig.6 The t-value biplot of macroinvertebrate and environmental factors (A-D represent the response of organisms to EC, TN, NH3-N and TP, respectively)

2.4 多環(huán)境因子對大型底棲動物多樣性的影響

圖7 鹽化、營養(yǎng)鹽和抗生素對大型底棲動物多樣性的耦合效應(yīng)影響(圓圈表示標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù),線表示環(huán)境因子標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)和常數(shù)項的95%置信區(qū)間。當(dāng)置信區(qū)間位于0軸同一側(cè)時,認為該環(huán)境因子對生物多樣性指數(shù)產(chǎn)生顯著影響(P<0.05))Fig.7 Coupling effects of salinization, nutrients and antibiotic on macroinvertebrate diversity (The circles represent the standardized regression coefficients; the lines represent the 95% confidence intervals of the standardized environmental factors and intercept. The confidence intervals of regression coefficients of which are not crossing the zero line represent their significant effects (P<0.05) on biodiversity indices)

3 討論

3.1 多環(huán)境因子對大型底棲動物群落組成的影響

黃河流域下游4條山區(qū)河流中,大型底棲動物的群落組成具有獨特性。在山區(qū)河流中,大型底棲動物中的水生昆蟲往往占主導(dǎo)地位,而軟體動物占比較低[23]。本研究區(qū)昆蟲綱生物占比為64%, 軟體動物僅占8%(圖2A),與黃河流域上游山區(qū)河流湟水河[24]、太湖[25]、渭河流域上游山區(qū)河流[26]以及北京市山區(qū)河流[27]中的大型底棲動物組成極為相似。驅(qū)動山區(qū)河流大型底棲動物群落組成獨特性的主要因素是人為干擾。王川等[28]認為,在污染程度較輕的河流中,大型底棲動物以昆蟲綱生物為主;而在污染嚴(yán)重的河流中,昆蟲綱中的搖蚊和環(huán)節(jié)動物占優(yōu)勢地位。本研究證實了這一觀點,黃河流域下游的4條山區(qū)河流,錦繡川水質(zhì)較好,水生昆蟲種類豐富、占比較高,為64%;軟體動物和環(huán)節(jié)動物占比較低,分別為8%和24%(圖2B)。昆蟲綱的大蚊、天角蜉和寡毛綱的顠體蟲是造成錦繡川與其他山區(qū)河流大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)差異的關(guān)鍵物種(表2)。而錦陽川、錦云川和三川匯合后河流水質(zhì)較差,指示種主要是昆蟲綱的搖蚊幼蟲(雙線環(huán)足搖蚊和刀鋏多足搖蚊)、半翅目幼蟲(蜍蝽)以及寡毛綱的顫蚓等耐污生物。

導(dǎo)致黃河流域下游山區(qū)河流不同溪段大型底棲動物指示種轉(zhuǎn)變的因素主要是鹽化和營養(yǎng)鹽的耦合效應(yīng)。t-值雙標(biāo)圖結(jié)果顯示,2種指示種(沿岸擬仙女蟲和正顫蚓)同時對鹽化(EC)和營養(yǎng)鹽(TN)呈現(xiàn)顯著響應(yīng)。其中,沿岸擬仙女蟲和正顫蚓對EC呈顯著正響應(yīng),對TN呈顯著負響應(yīng),這一結(jié)果與前人相反。胡濤等[29]研究發(fā)現(xiàn),顫蚓的生物密度和生物量與TN呈極顯著冪函數(shù)正相關(guān),而本研究正顫蚓的物種豐度卻隨河流TN濃度升高呈下降趨勢(圖6B)。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是河流中高濃度的溶解性鹽降低了正顫蚓對TN的耐受性。多項研究表明[30-33],溶解性鹽濃度升高會阻礙不同形態(tài)氮、磷之間的轉(zhuǎn)化,即使在無外源營養(yǎng)鹽輸入的情況下,也會引發(fā)河流富營養(yǎng)化,從而加劇大型底棲動物本地物種的生態(tài)壓力的負效應(yīng),導(dǎo)致其對外界環(huán)境變化更加敏感。由此可見,多環(huán)境因子對大型底棲動物群落組成的耦合效應(yīng)比單因子的獨立效應(yīng)更重要。

3.2 多環(huán)境因子對大型底棲動物不同尺度多樣性的影響

雖然db-RDA和VPA結(jié)果顯示,鹽化和抗生素對大型底棲動物群落組成的耦合效應(yīng)影響是16.20%。但本研究并未發(fā)現(xiàn)這兩類環(huán)境因子對大型底棲動物α-多樣性的耦合效應(yīng)。這可能與大型底棲動物的監(jiān)測方式有關(guān)。eDNA技術(shù)本身存在一定的局限性,其產(chǎn)生和降解速率易受水溫、pH、流速、紫外線和水域底質(zhì)等諸多環(huán)境因子的影響[39]。此外,eDNA技術(shù)獲取的OTUs序列需與數(shù)據(jù)庫進行比對注釋,若不能同步采集標(biāo)本進行本地物種建庫,就會導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失[39]。通過與前人在同流域基于形態(tài)學(xué)方法收集的大型底棲動物標(biāo)本進行對比發(fā)現(xiàn)[12],eDNA未檢測出軟體動物梨形環(huán)棱螺(Bellamyapurificata)和橢圓蘿卜螺(Radixswinhoei)等對抗生素具有較強指示作用的生物[9]。以上物種的缺失可能在一定程度上減弱了鹽化和抗生素對大型底棲動物多樣性的耦合效應(yīng)影響。

在多環(huán)境因子的耦合效應(yīng)影響下,大型底棲動物群落還會發(fā)生同質(zhì)化變化(β-多樣性)。同質(zhì)化過程的加劇會刺激物種多樣性的喪失[40],使得物種的生態(tài)位重疊和遺傳多樣性下降[41-42]。黃河流域下游4條山區(qū)河流中,βSOR和βSIM變化分別受EC和TP影響。雖然二者之間的關(guān)系并不顯著(P>0.05),但從一定程度說明EC和TP是導(dǎo)致不同樣點大型底棲動物趨于同質(zhì)化,促進物種周轉(zhuǎn)的一個因素(圖7D)。逐步判別回歸結(jié)果表明,適當(dāng)?shù)靥岣逧C,有利于緩解黃河流域下游山區(qū)河流大型底棲動物趨于同質(zhì)化的速率,同時提高大型底棲動物豐富度(d)。而黃河流域下游山區(qū)河流多環(huán)境因子與大型底棲動物Chao1豐富度指數(shù)和βNES之間的響應(yīng)關(guān)系表明,當(dāng)前河流中MACs和SAs濃度雖有利于緩解大型底棲動物的喪失速率,但會加劇稀有物種的滅絕速度。因此,在對受多個環(huán)境因子污染的河流進行生態(tài)修復(fù)時,不能只對其中一種環(huán)境因子進行控制。當(dāng)兩類環(huán)境因子對大型底棲動物的影響方向一致時,管理其中一種環(huán)境變量,可以緩解另一種環(huán)境變量對水生生物的影響;當(dāng)兩類環(huán)境因子對大型底棲動物的作用方向相反時,只管理其中一種環(huán)境變量,可能會加劇另一種環(huán)境變量對水生生物的影響,不利于生態(tài)修復(fù)。由此可見,多環(huán)境因子對水生生物的耦合效應(yīng)影響, 應(yīng)受到科研和管理部門的廣泛關(guān)注。

4 結(jié)論

1)黃河流域下游山區(qū)河流不同溪段的污染類型不同。其中,錦云川的鹽化和營養(yǎng)鹽污染較為嚴(yán)重,錦陽川的抗生素污染嚴(yán)重,錦繡川水質(zhì)良好。

2)大型底棲動物群落組成受鹽化、營養(yǎng)鹽和抗生素的共同影響。其中,電導(dǎo)率對大型底棲動物群落組成變化的貢獻率為22.86%,營養(yǎng)鹽中的TP、NH3-N和TN的貢獻率分別為20.12%、13.25%和7.81%。此外,鹽化可與營養(yǎng)鹽和抗生素通過耦合效應(yīng)對大型底棲動物群落組成產(chǎn)生影響,貢獻率分別為21.60%和16.20%;抗生素與營養(yǎng)鹽通過耦合效應(yīng)對大型底棲動物群落組成產(chǎn)生影響的貢獻率為19.60%。

5 附錄

附表Ⅰ見電子版(DOI: 10.18307/2024.0232)。