银川市主要湖泊浮游动物优势种生态位与种间关联的多维时空特征分析

《Scientific Reports》：Analysis of ecological niche and interspecific associations among dominant zooplankton species in the major lakes of Yinchuan City, China

本研究针对干旱半干旱地区湖泊生态系统稳定性评估需求，通过季节性监测银川市三大湖泊浮游动物群落结构及水体理化参数，综合运用生态位宽度、生态位重叠、方差比率和关联系数等方法，揭示了优势种在多维资源空间的适应策略及种间关联模式。研究发现浮游动物优势种在时空二维生态位中表现出更强的环境适应性，且生态位重叠与关联系数呈显著非线性正相关。DO、EC、NO2-N、F和Cl-是驱动α多样性的关键环境因子，研究为干旱区湖泊生态保护提供了多维生态位研究范式和群落演替趋势分析依据。

　　

在黄河流域生态保护和高质量发展成为国家战略的背景下，位于西北干旱半干旱区的宁夏段作为重要生态安全屏障，其湖泊生态系统的健康状态备受关注。银川市作为黄河流域的重要节点城市，拥有众多湖泊湿地，这些水体在供水、气候调节和生物多样性维护方面发挥着关键作用。然而，随着人口增长和开发需求加剧，湖泊健康状况受到威胁，自组织与适应能力下降，系统稳定性受到挑战。浮游动物作为湖泊生态系统的关键初级消费者，因其个体小、数量大、繁殖快且对环境变化敏感，成为水生态监测的理想指示生物。特别是优势物种，它们对环境影响显著，其群落结构变化往往预示着整个生态系统的演替趋势。但目前对干旱半干旱区湖泊浮游动物的生态位特征和种间关系研究仍较缺乏，制约了对这些脆弱生态系统稳定性的深入理解。

为填补这一研究空白，杨强强等人对银川市三大代表性湖泊（西牛湖、悦海湖、鸣翠湖）进行了2020年1月、4月、7月、10月的季节性监测，系统分析了浮游动物群落结构及其与环境因子的关系。研究采用生态位宽度、生态位重叠、方差比率、卡方检验和关联系数等方法，重点探讨了优势种的生态位特征和种间关联模式，旨在为干旱半干旱区湖泊水生态保护提供科学依据。

研究团队运用了几项关键技术方法：通过标准浮游生物网和水样采集法获取定量样品；使用YSI ProPlus多参数仪现场测定溶解氧（DO）、电导率（EC）等指标；实验室分析氨氮（NH₃-N）、总氮（TN）等化学参数；采用Levins指数和Pianka指数计算生态位宽度和重叠；利用方差比率（VR）和关联系数（AC）评估种间关联；应用最优参数地理探测器（OPGD）和“rdacca.hp”R包分析环境因子对群落结构的解释贡献。

3.1. 群落组成和α多样性

研究共鉴定出46种浮游动物，其中轮虫物种最丰富（25种，占54.35%），枝角类（9种）、原生动物（7种）和桡足类（5种）次之。物种丰富度呈现明显季节变化，1月最低（8种），10月最高（41种）。鸣翠湖和悦海湖的物种丰富度相对较高。浮游动物丰度在7月达到峰值，1月最低，但不同湖泊间无显著差异。

3.2. α多样性及其驱动因素

生物多样性分析显示，1月鸣翠湖的香农-维纳多样性指数（H）最低（0.56），而7月悦海湖的H值最高（3.45）。马格列夫丰富度指数（D）与H呈现相似趋势，均匀度指数（J）变化较小，4月物种分布最均匀。

OPGD模型分析表明，影响α多样性的主要环境因子随月份变化。总体而言，DO、EC、NO₂-N、F和Cl^-五个因子表现出最强的解释力。

3.3. 浮游动物优势种

4个月内共鉴定出28个优势种，其中4月和7月最多（20种），10月次之（18种），1月最少（7种）。剑水蚤（Cyclops sp.）是1月的主要优势种，出现频率达87.5%，在多个月份均为常见优势种。

3.4. 生态位宽度和生态位重叠

生态位宽度分析表明，种群在时空资源维度比单一维度表现出更少限制和更强环境适应性。长肢多肢轮虫（Filinia longiseta）的生态位宽度最大，其次是角突臂尾轮虫（B. angularis）。时空二维生态位重叠分析显示，肋形尖额溞（Alona costata）和点滴尖额溞（Alona guttata）的重叠度最高（O_ik=0.86）。与单一维度相比，二维生态位重叠的物种对数减少，表明物种可能通过其他资源维度的生态位分化来缓解竞争。

3.5. 总体种间关联

方差比率（VR）分析显示，仅1月呈正关联（VR>1），4月、7月和10月均呈负关联。W统计量表明仅4月达到显著水平，说明种间关联整体较为松散。

3.6. 种间关联测量

卡方检验显示，大多数物种对未达到显著关联水平。关联系数（AC）分析表明负相关占主导，与VR结果一致。1月正负关联物种对比例为9:12，关联比为0.75。

3.7. 生态位重叠与AC的关系

相关性分析显示空间生态位重叠与关联系数间存在极显著正相关关系。回归分析进一步证实了这一非线性关系，表明更大程度的正（负）关联对应更高（更低）的生态位重叠水平。

3.8. 环境因子对优势种组成的影响

冗余分析（RDA）表明，12个环境因子对优势种丰度总变异的解释比例分别为1月38.1%、4月6.6%、7月37.5%、10月47.5%。各月主导环境因子不同：1月为EC（12.09%），4月为DO（4.06%），7月为F（9.80%），10月为NO₂-N（8.41%）。

研究结论表明，时空二维生态位比单一维度更能准确反映浮游动物优势种的资源利用和种间相互作用。研究区域的种间关联较为松散，群落尚未达到稳定状态。生态位重叠与关联系数间存在显著正相关但非完全线性关系。影响群落组成的主要环境因子随月份变化，DO、EC、NO₂-N、F和Cl^-是驱动浮游动物α多样性的关键因子。

该研究创新性地将多维生态位理论与种间关联分析相结合，揭示了干旱半干旱区湖泊浮游动物群落的共存机制和稳定性特征。研究结果为类似区域湖泊生态系统的保护与修复提供了重要的理论依据和方法借鉴，对推动黄河流域生态保护和高质量发展具有积极意义。发表于《Scientific Reports》的这项研究，不仅丰富了水生生态学理论，也为湖泊生态系统管理提供了实践指导。