人类活动对英国生物多样性影响的对比：一项基于空气环境中DNA的多分类群评估

《Ecography》：Contrasted effects of human pressure on biodiversity in the UK: a multi-taxonomic assessment using airborne environmental DNA

本研究利用英国首项全国规模空气环境DNA调查，结合三种人类压力指数（城市-农村、景观-污染、人类足迹），分析哺乳动物、鸟类、昆虫、植物和真菌的多样性及群落组成变化。结果表明，不同压力指数下物种丰富度呈现复杂模式，如植物多样性随污染增加而上升，鸟类和哺乳动物在中等人类活动压力下多样性最高，同时社区组成趋同化，揭示了人类活动对生物多样性的多层次影响。

　　人类活动对生物多样性的深远影响已成为全球关注的重要议题。随着城市化进程的加快和土地利用方式的多样化，自然生态系统正经历前所未有的变化，导致物种多样性下降、生态结构重塑以及生物群落组成的变化。本研究利用全国规模的空中环境DNA（eDNA）调查数据，探讨了三种不同复杂度和范围的人类压力指数对哺乳动物、鸟类、昆虫、植物和真菌等多类生物多样性的影响。通过对比分析，我们揭示了人类活动对生物多样性的复杂作用机制，强调了使用多物种分析和多种压力指数的重要性，以更全面地理解生物多样性在全球尺度上的变化趋势。

研究发现，尽管大多数生物类群在城市区域表现出比农村区域更高的多样性，但当采用更精细的人类压力指数时，我们观察到了更为复杂的模式。例如，某些生物类群在高人类压力和中等人类压力下均表现出较高的多样性，形成了所谓的“双峰模式”。这种现象可能与人类活动带来的干扰和资源可利用性之间的平衡有关。城市环境虽然改变了自然生态系统的结构和功能，但同时也为某些物种提供了新的生存机会，如一些适应性强的共生种和入侵种。此外，人类活动对生物群落组成的改变尤为显著，即使在本地物种丰富度保持稳定的情况下，人类影响的区域往往以这些适应性物种为主导。

本研究使用的三种人类压力指数分别为：二元的城市-农村指数、结合土地覆盖和污染物浓度的景观-污染指数，以及综合人类足迹指数。这些指数分别从不同的角度反映了人类活动的强度和范围。其中，景观-污染指数不仅考虑了城市和农村的划分，还整合了土地利用类型和空气污染水平，从而更全面地描绘了人类活动对生物多样性的影响。而人类足迹指数则涵盖了更广泛的指标，包括人口密度、基础设施、农业用地等，能够更细致地衡量人类活动的综合影响。通过分析这些指数对生物多样性的影响，我们发现，不同生物类群对人类压力的响应存在显著差异，这提示我们在评估人类活动对生物多样性的影响时，需要考虑物种的特性和生态位。

在具体分析中，我们发现，对于某些生物类群，如植物和真菌，其多样性随人类活动的增加而上升，这可能与人类在城市绿化和农业种植中的主动干预有关。而昆虫和哺乳动物的多样性则呈现出更复杂的模式，例如在高人类压力和中等人类压力下均达到较高水平，这可能反映了干扰和资源供给之间的动态平衡。同时，鸟类的多样性也表现出类似的趋势，尤其是在结合了污染水平和土地覆盖变化的景观-污染指数下，多样性呈现出非线性的“鞍形”模式，表明在某些条件下，人类活动可能促进生物多样性，而在其他条件下则抑制其增长。

本研究还强调了生物群落组成的变化。无论使用哪种人类压力指数，人类影响的区域往往表现出高度的生物群落同质化，即不同城市之间的物种组成趋于相似。这种现象通常被称为“城市生物同质化”，主要由人类活动对生态系统的改造和对物种行为的影响所导致。例如，城市环境中的交通噪音和光污染可能干扰物种的自然行为，而人工建筑和绿地的组合则为某些物种提供了新的栖息地和资源。这些因素共同作用，使得城市中的生物群落与自然生态系统相比，具有更高的相似性。

此外，我们还注意到，某些生物类群的多样性变化并不完全依赖于人类活动的直接作用。例如，真菌的多样性并未受到景观-污染指数和人类足迹指数的显著影响，这可能与其特殊的生存方式和生态适应性有关。真菌在自然和城市环境中都能找到适宜的生长条件，因此其多样性可能受到其他环境因素的影响，如湿度、土壤类型和季节变化等。这种发现进一步说明了不同生物类群对环境变化的响应机制存在差异，需要在研究中进行区分。

在方法上，本研究采用了环境DNA技术，这是一种非侵入性的生物多样性监测方法。通过分析空气中的DNA，研究人员能够捕捉到难以直接观察的物种，包括稀有物种和难以识别的生物。这种方法的优势在于，它能够利用现有的空气质量监测网络，实现全国范围内的生物多样性调查，同时避免了传统野外调查的高成本和高难度。然而，这种方法也存在一定的局限性，如环境因素对DNA检测成功率的影响，以及实验室处理过程中可能引入的偏差。例如，DNA在空气中的降解和运输可能导致某些物种被遗漏，而PCR扩增过程中的竞争效应可能影响不同物种的检测比例。

研究还揭示了环境DNA技术在不同物种类群中的适用性问题。例如，对于昆虫和植物，由于其多样性较高，使用环境DNA技术能够有效检测到更多物种，但某些物种可能因DNA释放率低而难以被捕捉。因此，为了获得更全面的生物多样性数据，需要结合多种调查方法，如公民科学数据库和传统野外调查。本研究通过比较环境DNA数据与公民科学数据，发现两者能够互补，从而提供更丰富的生物多样性信息。

在实际应用中，本研究的结果对于制定和实施生物多样性保护政策具有重要意义。它表明，城市化和人类活动对生物多样性的影响并非单一的，而是复杂的、多方面的。因此，保护政策应综合考虑不同物种的特性和生态需求，避免简单地将城市和农村划分为对立的生态系统。此外，研究还指出，尽管城市可能提供更多资源和多样性，但这些区域的生物群落并不一定健康和可持续，因为城市环境可能成为生态陷阱，吸引某些物种但对其他物种构成威胁。

综上所述，本研究通过全国范围的环境DNA调查，揭示了人类活动对生物多样性的多维度影响。它不仅提供了关于生物多样性变化的新见解，还强调了在生物多样性研究中使用多种人类压力指数和多物种分析的重要性。未来的研究应进一步探索环境DNA技术的优化，以提高其在不同环境和物种中的适用性，并结合其他调查方法，实现更全面的生物多样性评估。此外，还需要加强对人类活动与生物多样性之间关系的深入理解，以制定更有效的生态保护和管理策略。