《Ecology and Evolution》：Findings From the Pearl River Basin: Dissolved Oxygen Dominates Functional Trait Filtering and Diversity Patterns in Urban Rivers
编辑推荐：
本刊推荐研究人员针对城市化背景下河流生态系统面临的鱼类群落结构与功能退化问题，开展了珠江流域城市与自然河流鱼类群落的比较研究。通过整合功能性状分析与结构方程模型，揭示了溶解氧（DO）是驱动城市河流生物同质化与低多样性模式的关键环境过滤器。该研究为解决城市水体生物多样性衰退和外来物种入侵管控提供了科学的理论基础与管理新视角，对城市河流生态系统的保护与修复具有重要意义。
河流，作为连接陆地与海洋的生命通道，维系着水域的勃勃生机。然而，在全球快速城市化的浪潮下，原本清澈蜿蜒的自然河道正日益被“水泥丛林”所包围，转变为受到工业与生活污染困扰的城市水道。这些变化深刻重塑了水生生境，尤其对作为顶级消费者的鱼类群落，施加了强大的选择压力。城市河流常常呈现出物种组成单一、少数“强者”通吃的局面，而自然河流则通常保持着更为丰富和平衡的生态系统。这背后究竟是什么在“筛选”着水中的居民？是哪些环境“筛子”在起作用，它们又是如何通过影响鱼类的“生存技能包”（功能性状）来决定谁能留下、谁被淘汰，并最终导致群落多样性下降的？理解这些问题，对于评估和缓解城市化对河流生态的冲击至关重要。
近期发表在《Ecology and Evolution》上的一项研究，为我们揭开了珠江流域城市河流鱼类群落变化的幕后“导演”。该研究由国内团队开展，旨在探究高度城市化的花地河与相对自然的增江河在鱼类群落结构、功能性状及多样性方面的差异，并深入解析其背后的环境驱动机制。
研究人员为回答科学问题，主要应用了以下几项关键技术方法：首先，在2024年冬春和夏季，对珠江流域花地河（高度城市化）和增江河（相对自然）的44个固定采样点进行了鱼类群落野外调查与环境变量测量。其次，基于鱼类采样数据，采用了无加权配对算术平均法（UPGMA）聚类、非度量多维尺度分析（NMDS）和相似性分析（ANOSIM）来比较群落结构差异。再者，通过指标值分析和相对重要性指数来识别指示物种和优势物种。核心分析采用了R-L-Q分析（RLQ），这是一种三表格排序方法，用于量化环境因子、物种多度和功能性状之间的多维关系。最后，基于RLQ分析结果，构建了结构方程模型（SEM）来检验“环境因子→功能性状组合→群落多样性”的因果路径。
3.1 城市与自然河流鱼类群落结构的显著分化
通过聚类和排序分析，研究清晰地揭示城市河流与自然河流的鱼类群落结构存在显著差异。UPGMA聚类将44个采样点明确分为两大组：主要由城市河流系统构成的第1组和主要由自然河流系统构成的第2组。NMDS排序图也显示，自然河流与城市河流的置信区间完全分离。ANOSIM分析进一步证实了组间差异远大于组内差异（全局R值=0.775，p<0.001）。这表明城市化导致了鱼类群落的根本性重组，形成了截然不同的生物群落。
3.2 指示物种与优势物种分析
研究明确了不同河流类型的特征物种。在城市河流中，尼罗罗非鱼和麦瑞加拉鲮是指示物种。其中，尼罗罗非鱼是绝对优势种，其相对重要性指数在夏季高达0.73，远超其他物种。而在自然河流中，齐氏罗非鱼和豹纹翼甲鲶是指示物种和主要优势种，但两者优势地位相对平衡，未出现单一物种绝对统治的局面。值得注意的是，所有被识别的指示物种均为珠江流域的外来物种，突显了外来物种在两类河流生态系统中的广泛影响。
3.3 基于RLQ分析的功能性状-环境关系
R-L-Q分析揭示了驱动群落分异的关键环境“筛子”及其筛选的功能性状。在城市河流中，第一轴解释了总方差的86%，且仅有溶解氧与此轴呈显著负相关。这意味着溶解氧是城市河流最主要的环境过滤器。在低溶解氧环境下，具有高污染耐受指数、低临界氧浓度和偏好较深水层活动功能的物种（如尼罗罗非鱼）占据优势。相反，在自然河流中，第一轴（解释95%方差）与水温、铵态氮显著正相关，表明其环境过滤由多个因子协同驱动，物种功能性状的响应也更多样。
3.4 环境-功能性状-多样性的结构方程模型路径
为了验证“环境过滤-性状选择-群落变化”的因果链，研究构建了结构方程模型。模型结果显示，在城市河流中，溶解氧通过显著影响一个由污染耐受指数、临界氧浓度和活动水层深度构成的功能性状组合，进而间接地正向影响香农-威纳多样性指数。这一路径证实了溶解氧作为关键环境因子，通过筛选特定的功能性状组合（耐污、耐低氧、底栖），最终塑造了低多样性的城市河流鱼类群落模式。
4 讨论与结论
本研究的发现构建了一个关于城市化如何影响河流鱼类群落的清晰机制框架。核心结论是：在珠江流域的高度城市化河流中，溶解氧是主导性的环境过滤器。城市化导致的水体富营养化、有机污染及河道硬化等问题，共同引发了慢性或急性的低氧胁迫。这种低氧环境像一个严格的“生理筛子”，筛选出具有耐低氧、耐污染和底栖生活等一套特定功能性状的物种，其中以尼罗罗非鱼为典型代表。这一筛选过程驱动了功能性状的趋同和生物同质化，即不同地点的城市河流群落变得由少数几种性状相似的耐受物种所主导，从而导致本地物种丧失和群落多样性显著下降。
相比之下，自然河流受多种环境因子（如水温、铵态氮、电导率）的共同、且相对和缓的调控，能够维持更广泛的生态位和功能性状多样性，从而支持了更高且更平衡的生物多样性。
这项研究的重要意义在于，它超越了简单描述城市与自然河流的物种组成差异，从功能性状的视角揭示了环境过滤驱动群落组装的内在机理。它明确指出，缓解水体缺氧是恢复城市河流生态系统、控制耐污染外来物种（如尼罗罗非鱼）扩张的关键抓手。管理实践应双管齐下：一方面，通过增加水体复氧（如生态化改造河道、人工增氧）、控制污染物输入来改善溶解氧状况，从而“松动”低氧过滤器，为本地敏感物种的回归创造条件；另一方面，结合针对性的外来物种移除和生物安全管控，以有效遏制尼罗罗非鱼等优势入侵种的种群增长和扩散。该研究为基于生态机理的城市河流修复与生物多样性保护提供了坚实的科学依据。
