《Global Ecology and Conservation》：Spatiotemporal patterns of fish diversity in a dammed river: eDNA evidence from the Jialing River and conservation implications
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本研究针对梯级水电开发对淡水生态系统的显著影响，利用环境DNA（eDNA）宏条形码技术，首次对长江最大支流嘉陵江干流的鱼类多样性进行了全流域评估。研究揭示了当前鱼类群落以缓流适应型、底栖、杂食性、粘性卵、早熟、小型和非洄游性物种为主导的组成特征，并发现高密度筑坝的中游河段存在群落同质化趋势。冗余分析（RDA）表明海拔和水库长度是驱动群落空间分异的关键稳定因子，而化学需氧量（COD）等季节性因子则主导了时间动态。该研究为受调控河流的生态管理和保护提供了重要的基线数据和科学依据。
淡水生态系统是地球上生物多样性的重要宝库，然而，在人类活动的强烈干扰下，全球超过一半的河流正经历着严重的生物多样性丧失。其中，梯级水电开发作为一种大规模的人为干扰，通过改变河流的水文情势、片段化生境，深刻地影响着鱼类等水生生物的生存与繁衍。长江最大支流——嘉陵江，历史上曾拥有超过170种鱼类，是上游地区重要的鱼类种质资源库。但过去半个世纪以来，干流上建起的19座大坝将其分割成20个连续的水库段，极大地改变了河流的自然生态系统。面对如此剧烈的环境变化，当前嘉陵江的鱼类“家底”究竟如何？它们的分布格局受到了怎样的影响？又该如何进行有效的保护？这些都是亟待回答的科学问题。
为了回答这些问题，发表在《Global Ecology and Conservation》上的一项研究，巧妙地利用了一种名为环境DNA（eDNA）宏条形码（Metabarcoding）的新技术，对嘉陵江干流进行了首次全流域的鱼类多样性“普查”。这项技术如同给河流做了一次“基因CT”，仅需采集水样，便能通过检测水中脱落的鱼类DNA片段，高效、非侵入性地识别出存在的物种，特别适合大尺度、全面的生物多样性评估。
研究人员在嘉陵江干流的20个水库段布设了采样点，覆盖了丰水期、枯水期和平水期三个水文季节。他们采集水样，提取其中的eDNA，并针对线粒体12S rRNA基因的一个特定区域进行扩增和测序，然后将获得的基因序列与数据库进行比对，从而鉴定出鱼类物种。同时，他们还测量了海拔、水库长度、水库年龄等稳定环境因子，以及水温（WT）、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）等季节性环境因子。通过分析α多样性（反映局部物种丰富度和均匀度）和β多样性（反映不同地点间物种组成的差异），并结合统计学方法，研究人员揭示了嘉陵江鱼类群落的时空格局及其驱动机制。
3.1. 鱼类物种组成与历史比较
研究通过eDNA技术共鉴定出113种鱼类。与历史记录（141种）相比，有96种为共有物种，重叠率为68.09%。鲤科、鲿科、鳅科仍然是物种数最多的家族。值得注意的是，eDNA检测到了7种历史记录中未记载的物种，其中6种为外来鱼类，如革胡子鲶（Clarias gariepinus）和齐氏罗非鱼（Coptodon zillii），这提示生物入侵风险可能加剧。
3.2. 鱼类群落结构的季节动态
鱼类群落在三个季节均以适应缓流、底栖、杂食性、产粘性卵、中龄（1-4年）性成熟、小型（<20 cm）和非洄游的物种为主。物种丰富度在八月（丰水期）最高，十二月（枯水期）次之，四月（平水期）最低。主坐标分析（PCoA）显示，四月与其他两个季节的群落结构差异明显，而八月和十二月则较为相似。
3.3. 鱼类群落结构的空间格局与潜在同质化趋势
空间上，所有河段的鱼类群落均显示出与季节分析相似的功能性状偏向，即缓流、底栖、杂食等特征。上游水库（如ZL、JT）保留了较多喜流水生活的鱼类。α多样性（如香农指数、辛普森指数）在各水库间无显著差异。然而，β多样性分析揭示了关键发现：物种相似性指数（Jaccard）在中游河段（MR，大坝密度最高）最高，而βsorenson指数最低，这表明在高密度筑坝的河段，鱼类群落在物种组成上更为相似，即存在空间同质化趋势。β多样性分解显示，在单个水库尺度上，物种周转（βturnover，即物种替换）是主要贡献者；而在流域尺度上，上游河段（UR）以周转为主，中下游河段（MR, LR）则以丰富度差异（βrich，即物种数量差异）为主，反映了不同的群落构建机制。
3.4. 时空变化的环境驱动因子
冗余分析（RDA）表明，稳定环境因子中，平均海拔（R2=63.31%, P<0.01）和水库长度（R2=36.71%, P<0.01）是驱动鱼类群落空间分异的关键因素。季节性因子则显著影响群落的时间动态，其中丰水期（八月）的化学需氧量（COD）等因子作用显著，而平水期（四月）的群落则主要受pH和溶解氧（DO）影响。
这项研究系统地揭示了梯级水电开发影响下嘉陵江鱼类多样性的现状。其核心结论是，筑坝导致的水文情势改变和生境均质化，已经使得嘉陵江的鱼类群落发生了功能性转变，朝着更适应静水环境的物种（缓流、底栖、杂食、小型、非洄游）聚集，并且在筑坝最密集的中游河段，出现了明显的群落同质化现象。环境因子分析则从机理上阐明，大坝工程塑造的宏观地理格局（如海拔、水库形态）和运营带来的季节性水文水质变化，共同决定了鱼类群落的分布与演变。
该研究的意义重大。首先，它利用先进的eDNA技术，首次提供了嘉陵江全流域鱼类多样性的高清“基线”图谱，为后续的长期监测和影响评估奠定了坚实基础。其次，研究明确指出了梯级开发带来的生态风险，特别是群落同质化和外来物种入侵，为流域生态保护和修复提供了明确的靶点。例如，保护上游残存的流水生境、修复支流作为替代性栖息地、优化水库生态调度以模拟自然水文脉冲、加强对外来物种的管控等，都应成为未来保护行动的重点。最后，该研究也展示了eDNA技术在大型河流生态系统评估中的巨大潜力，为类似受人类活动强烈干扰的河流生态研究提供了可借鉴的方法范本。尽管eDNA技术存在对生物量估算不精确、可能漏检稀有物种等局限性，但其高效、全面的优势使其成为传统调查方法不可或缺的强大补充。展望未来，将eDNA监测网络扩展至支流、结合更精细的栖息地测量和空间模型，将能更深入地揭示河流片段化生态系统的演变规律，从而为构建人与自然和谐共生的河流治理新格局提供科技支撑。
