在梯级开发背景下，乌江干流鱼类群落结构已发生显著改变，凌恩客户重庆师范大学生命科学学院通过eDNA宏条码技术对对乌江干流全面系统的鱼类资源现状进行了调查。本期邀请一作程如丽老师对文章进行了解读分享。

文章信息

• 标题：eDNA reveals spatial homogenization of fish diversity in a mountain river affected by a reservoir cascade

• 期刊：Journal of Environmental Management (IF:8.7)

• 第一作者：程如丽

• 通讯作者：沈彦君

• Doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.121248

摘要

大坝建设导致的水文条件改变为全球淡水生物多样性减少的主要原因之一。目前大多数研究集中于单个或少数大坝上。在此，本研究采用环境DNA（eDNA）方法对乌江干流进行了季节性鱼类调查，以探究大规模梯级水电开发对鱼类多样性的影响。结果表明，梯级开发背景下，乌江干流的鱼类群落结构发生了显著变化，优势的喜流水鱼类物种减少，小型鱼类物种增加，各库区物种组成趋于一致。此外，温度、溶解氧和成库时间等环境因素对鱼类群落多样性有显著影响。本研究可为后期评价梯级开发对鱼类多样性影响提供基础信息。

图1 乌江干流各库区采样点的设置

前言

河流生态系统是一个动态和非线性的生态系统，维持自然流态对于维持健康的河流生态系统和它们所提供的服务至关重要。河流上的大坝被称为河流生态系统中的一个灾难性事件，与大坝相关的河流水文状况的改变早已被确定为导致水生动物濒临灭绝的三大主要原因之一。

乌江是中国长江上游最大的右岸支流，也是我国13个大水电基地之一。在梯级水电开发背景下，乌江鱼类种群急剧下降，本研究利用eDNA方法探究了乌江干流梯级库区鱼类多样性及其对水文条件变化的响应。此外，本研究还探讨了稳定环境因子及季节变动环境因子对各库区鱼类组成的影响，以及各库区的鱼类多样性的相似性，为保护该河流的鱼类多样性提供了一些有针对性的建议。

结果

1. 乌江干流鱼类多样性的时空变化

本研究共检测到6目22科76属109个鱼类物种，其中繁殖季76种鱼类，索饵季99种鱼类，越冬季95种鱼类。近二十年的传统捕捞法记录到了7目21科87属148种鱼类。将eDNA结果与近二十年传统调查结果比较发现，两种方法检测到的相同物种有78种，覆盖率有52.70%。本研究发现，由于乌江干流水文情势的改变，乌江干流的鱼类群落多样性发生了显著改变。乌江作为典型的山地河流，原本以喜流水鱼类为主体，但现在已变为以广适性鱼类为主体，以前常见的一些喜流水鱼类甚至在本研究中都没有发现，例如长鳍吻鮈，中华金沙鳅。库区的形成导致水流减缓，许多喜流水的鱼类失去了原有的急流生境而无法产卵和生长，可能导致它们种群规模减小甚至区域消失。同时本研究发现乌江干流产漂流性卵的鱼类数量减小，而底栖鱼类，杂食性鱼类数量有所上升。总体上，乌江干流现以广适性鱼类、底栖鱼类、产粘性卵鱼类以及杂食性鱼类类型为主体。

图2 各样本中物种组成的Circos物种关系图（A代表目水平的物种组成，B代表科水平的物种组成）

图3 各采样断面生态类型组成

在本研究中，我们发现䱗属等鱼类的相对序列丰度极高，是大部分库区的优势类群。同时各库区的优势类群多为䱗属、虾虎鱼、马口鱼等一些体型较小的物种，表明乌江干流的鱼类群落可能已经趋于物种小型化。本研究中各库区基于物种数量的生态类型划分组成一致、Sørensen指数及其空间周转分量和丰富度差异分量值均较小以及各库区间的Alpha多样指数均不存在显著差异，表明乌江干流各库区的鱼类多样性呈现同质化趋势，这可能与乌江干流的土著鱼类减少，外来鱼类种群规模扩张，导致各库区间的Beta多样性降低，物种均质化相关。

图4 各采样断面的Alpha多样性指数的箱型图

图5 PCoA显示各采样断面的Beta多样性指数

2. 鱼类多样性格局对环境因子的响应

本研究通过分析各库区鱼类多样性和环境因素的相关性分析发现，季节变动因子均为影响鱼类多样性的关键因子。水温主要通过影响鱼类的生存繁殖来影响鱼类多样性，受梯级水电影响，本研究中乌江干流繁殖季的水温大多未达到18℃，可能导致鱼类推迟产卵。水体的总溶解固体和电导率为水质的体现，较高的总溶解固体和电导率表明水质较差，不利于鱼类生存。溶解氧为水体自净能力的一个体现，高氧的环境利于大型底栖动物的生长，为繁殖季和索饵季的鱼类提供了充足的饵料来源。

图6 RDA显示环境因子与鱼类群落之间的相关性

河流中不同区域鱼类群落组成因栖息地类型不同而表现出差异。成库时间为影响库区鱼类群落的关键因子，成库时间越长库区内的鱼类群落组成越趋于稳定，因此鱼类群落与成库时间有显著的相关性。在本研究的RDA中海拔和库区长度虽然没有对各库区鱼类多样性产生显著影响，但对部分库区的鱼类群落多样性也有较大的影响。例如，东风库区（海拔最高的库区）与海拔的相关性很高，而东风库区的鱼类多样性是最低的。这可能与海拔不同河流的栖息环境会存在不同相关性，有研究表明，海拔是影响鱼类群落多样性的关键因子，高海拔会限制河流的鱼类多样性。而库区长度直接影响到该库区鱼类栖息环境的规模大小，因此对鱼类多样性也具有较大的影响。

结论

在梯级开发背景下，乌江干流鱼类群落结构已发生显著改变，现以广适性鱼类、底栖鱼类、产粘性卵鱼类和杂食性鱼类为主。研究结果表明，该流域的鱼类趋于物种小型化，以及该流域的土著鱼类多样性降低，外来鱼类增加，导致各库区的鱼类物种组成趋于同质化。此外，温度、溶解氧和总溶解固体等季节性变化因子以及成库时间对鱼类群落分布有显著影响。同时，非入侵性的环境DNA方法在该流域的鱼类监测中展现出强大的生命力，可与传统方法结合为该流域的鱼类监测做出更大贡献。

本研究受国家自然科学基金和重庆市科学技术委员会资助！重庆师范大学生命科学学院硕士研究生程如丽为第一作者，沈彦君副教授为通讯作者。该课题组长期从事水生生物多样性保护，生物适应性演化过程和机制等研究。主持国家自然科学基金、省部级项目以及其他水生态调查研究等横向课题20余项。课题组成员不仅具有丰富的野外调查经验，也有扎实的室内分子实验和生物信息学分析基础，目前在Nature Ecology and Evolution、Molecular Ecology Resource、Science Bulletin、Ecology and Evolution、水产学报、水生生物学报等国内外相关期刊上发表研究论文40余篇。

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