自然因素与人为干扰对杭州湾湿地底栖纤毛虫群落α及β多样性的相对影响

原创 许媛 潮新社 8月27日

　　海岸带河口区域由于受到自然环境梯度（如盐度、沉积物粒度等）和人类活动（如重金属污染和富营养胁迫）的双重影响，其生境具有脆弱性。近年来在海岸带区域加剧的人类活动也导致该区域日趋严重的生境退化和生物多样性丢失。因此，区分人为干扰与自然梯度对海岸带生物多样性的影响，有助于更好地理解该海陆交错区的生物多样性在应对全球变化的响应，同时也为海岸带生态系统管理与保护修复提供参考依据。

　　本研究以受到高强度人类活动干扰的杭州湾为例，揭示其沿岸湿地底栖纤毛虫群落α及β多样性的3个层面（物种、功能及系统）对环境梯度的响应，并解决以下问题：（1）影响底栖纤毛虫群落α和β多样性的3个层面的首要环境驱动因素；（2）在控制了杭州湾的自然梯度影响后，人为干扰是否对底栖纤毛虫的α和β多样性产生显著影响？

图1：A.杭州湾沿岸36个采样点，蓝点表示化工和电厂的分布情况，两红框表示上海和宁波石油化工区的位置。B.使用基于欧氏距离矩阵的主成分分析法（PCA），对36个采样点的14个环境变量进行排序。重金属、营养盐浓度和沉积物粒径都进行了对数转换。C.地图显示了杭州湾沿岸盐度、沉积物粒径、me.pc1、nu.pc1和nu.pc2的空间模式。me.pc1描述了基于五种重金属的PCA分析的第一轴；nu.pc1和nu.pc2描述了基于五种营养盐的PCA分析的前两个轴；ORP=氧化还原电位；S=盐度；SED=中值粒径；T=温度。

　　研究发现：（1）3个α多样性指数与盐度和营养盐梯度的线性或非线性关系均不显著（图2，3）。而沉积物粒度（SED）和重金属浓度（由me.pc1代表）能解释更多α多样性指数的变化（图3）。β多样性则有着不同的驱动因素，对人为压力的影响表现出不同的敏感性。盐度、SED、重金属浓度和富营养都对群落的3个β多样性指数影响显著（图3）。沿着盐度梯度，虽然底栖纤毛虫群落的物种组成发生明显更替，但其群落的功能特征组成及α多样性保持不变。

　　（2）由于不同的种对重金属的耐受程度不同，在排除自然因素的作用后，重金属浓度仍对其群落β多样性的三个层面具有显著影响。

图2：杭州湾沿岸底栖纤毛虫的α多样性指数（n = 36个站点）和环境变量散点图。在进行线性模型（LM）分析前，对3种多样性指数进行了对数转换。虚线和实线分别表示基于线性模型分析的非显著和显著关系。FD.alpha=功能多样性；PD.alpha=系统发育多样性；S=盐度（PSU）；SED=沉积物颗粒大小；TD.alpha=物种丰富度。
图3：使用线性回归（LM）和基于距离的冗余分析（dbRDA），环境变量（线性和二次项^2）对底栖纤毛虫的α（左边）和β多样性（右边）的解释比例。未填充的色条表示不显著的结果。

　　（3）衡量人为干扰的另一方面是富营养化。富营养对群落的α多样性没有显著影响，但对其群落的β多样性影响显著。以Chlamydodon spp.为代表的食藻纤毛虫随着nu.pc2的变化呈现显著的正相关关系（图4）。nu.pc1主要代表磷酸盐、硝态氮和硅酸盐的浓度，而氨态氮和亚硝态氮则由nu.pc2代表。这表明与磷酸盐相比，人类活动引起的氮过剩对杭州湾底栖纤毛虫群落的藻食性功能群影响显著，因此可能会对底栖食物网产生影响。

图4：A.散点图显示了nu.pc2和纤毛虫的食藻功能组之间的关系。B.本研究发现的典型食藻性纤毛虫，Chlamydodonrectus（定量蛋白银染色）。蓝线为回归线，阴影部分为置信区间。

　　本研究表明底栖纤毛虫群落的β多样性相较于α多样性对人为干扰更敏感，因此，对群落β多样性的研究更适合用于衡量人为干扰对海岸带生物多样性的影响。同时，结合α及β多样性的3个层面，能够为深入理解生物多样性和生态系统功能面对日益加剧的全球变化的响应提供更全面的参考依据。

　　研究结果近期发表于环境科学与生态学期刊Science of the Total Environment（点击正文左下方‘阅读原文’获得更多信息）。论文的第一作者兼通讯作者为华东师范大学河口海岸学国家重点实验室许媛副研究员。该工作得到国家自然科学基金（42076103）和国家重点研发计划（2016YFE0133700）和（2017YFC0506001）的共同资助。

公众号文章作者：陈欣怡，许媛

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