《Landscape Ecology》：The effects of land use on downstream water quality and biodiversity in a changing tropical mosaic landscape
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为破解“小农主导镶嵌景观中不同土地利用如何调控水质与底栖无脊椎动物群落”这一热带生态学难题，编辑团队力荐Hylander等发表于《Landscape Ecology》的最新成果。作者以埃塞俄比亚西南部46条常年溪流为模型系统，同步测定8项水化学指标、E.coli负荷与31 421头底栖大型无脊椎动物，首次发现咖啡农林（coffee agroforestry）对浊度、TN、E.coli的负面效应与敞口农田相当，而森林与湿地可显著降温、减营养盐并抑制病原体。研究强调仅测“瞬时水化学”会低估人类活动影响，呼吁将无脊椎动物生物指数（ETHbios、BMWP）与病原体监测纳入流域管理，以协同实现SDG 6（清洁饮水）与SDG 15（陆地生态）目标。
在赤道附近的热带高地，溪流如同翡翠项链，串联起森林、农田、咖啡林与星罗棋布的农户。然而，当咖啡鲜果在季节性湿法加工站（wet coffee washing station）被发酵、脱胶，大量富含有机质的废水直排河道；当农户在咖啡荫下间作玉米、放牧牛羊，地表径流裹挟着粪污、氮磷与泥沙悄悄渗入溪谷；当湿地被排干、森林被蚕食，水温悄然升高，病原微生物悄然繁殖——这些看似“绿色”的咖啡农林景观，真的比敞口农田更友好吗？当地社区直接取用溪水饮用、浣衣、饮牛，却常因腹泻与寄生虫病困扰；底栖的蜉蝣、石蝇、摇蚊幼虫，有的对缺氧与污染极度敏感，有的却“如鱼得水”。如何科学量化不同土地利用方式对水质与淡水生物多样性的真实影响，成为实现联合国可持续发展目标（SDGs）不可回避的瓶颈。
为回答“在快速变化的热带镶嵌景观中，森林、咖啡农林与农田究竟如何塑造下游水质与底栖无脊椎动物群落”这一核心问题，瑞典斯德哥尔摩大学Hylander团队联合埃塞俄比亚吉马大学等机构，在埃塞俄比亚西南部吉马区（Jimma Zone）海拔1500–2220 m、年降水1557 mm的8000 km2区域开展系统研究。作者选取46条2–48 km2的常年性小山溪，于2022年11月–2023年2月干季同步采集水化学、细菌负荷与底栖大型无脊椎动物样本，结合10 m分辨率Sentinel-2土地覆盖图、住户密度与咖啡洗站指数，采用多变量与结构方程模型（pSEM）解析森林、咖啡农林、农田、湿地、聚居地与咖啡洗站对水质（溶解氧DO、总氮TN、总磷TP、浊度、水温、pH、电导率、总有机碳TOC）及E.coli负荷的直接与间接效应，并评估这些因子对无脊椎动物丰度、分类丰富度、Shannon多样性及ETHbios生物指数的级联影响。
研究揭示：①森林覆盖率高的流域，DO高、浊度与营养盐低，E.coli负荷显著下降；②咖啡农林比例高的流域，TN、TP、TOC、浊度与E.coli竟与敞口农田相当，仅水温略低；③湿地比例虽不足10%，却能显著降温、减TN与浊度并抑制E.coli；④住户密度与咖啡洗站指数升高，显著降低DO、升高pH并增加E.coli；⑤底栖群落组成主要受DO与TN驱动，敏感蜉蝣类Ephemerellidae与石蝇Perlidae丰度随DO增加而上升，耐污摇蚊Chironomidae则相反；⑥pSEM显示，咖啡洗站与聚居地对Perlidae有显著负直接效应，对Chironomidae有显著正直接效应，而这些效应未能被瞬时水化学捕捉。结论指出，咖啡农林并非天然“生态缓冲器”，其伴随的湿法加工废水与农户生活排污是水质与生物群落的隐形杀手；只有同步加强咖啡洗站废水处理、恢复湿地与河岸林缓冲带、定期结合生物指数与病原体监测，才能真正实现热带山区水安全与生物多样性双赢。论文发表于2025年《Landscape Ecology》。
关键技术速览：
Sentinel-2（10 m）监督分类+Google Earth住户数字化，生成森林/咖啡农林/农田/湿地/城镇图层；
基于DEM提取46个溪沟流域，计算土地覆盖比例、住户密度（户/ha）与咖啡洗站距离-数量指数；
现场多参数仪测DO、pH、浊度、电导率、水温，实验室SFA测TN、TP，NPOC法测TOC，3M Petrifilm培养E.coli与总大肠菌群；
5段式踢网（500 μm）采集底栖大型无脊椎动物，鉴定至科，按BMWP-ETHbios-HKHbios三级体系赋敏感度1–10分，构建taxa水质量指数；
adonis2多元方差分析+PCA解析水化学与土地利用关系，GLM量化单因子效应，NMDS展示群落梯度，pSEM解析土地利用→水质→群落的直接与间接路径。
研究结果
土地利用对溪流水质的影响
多变量分析显示，森林、咖啡农林与农田共同解释水化学格局39–45%的变异。森林覆盖增加，DO升高、浊度、TN、TP、水温与E.coli显著下降；咖啡农林比例升高，浊度、TN、TOC与E.coli反而与农田持平或更高，仅水温略低；湿地比例虽小，却显著降低浊度、TN与水温并抑制E.coli；住户密度升高使DO下降，咖啡洗站指数升高使pH与E.coli同步上升。
水质与环境变量对底栖无脊椎动物群落的影响
群落组成主要受DO（r2=0.044）与TN（r2=0.045）驱动。Taxa水质量指数随DO升高而升高（p=0.014），分类丰富度亦与DO正相关（p=0.021），Shannon多样性随本地林冠覆盖增加而增加（p=0.009）。敏感科Perlidae丰度与DO正相关，Caenidae与DO负相关；耐污类Chironomidae、Ceratopogonidae在高浊度-高TN溪流中占优势。
土地利用对底栖无脊椎动物群落的直接影响
pSEM揭示，咖啡洗站指数对总丰度与分类丰富度有显著正直接效应，却对Perlidae丰度显著负效应；住户密度对Chironomidae正效应，对Perlidae负效应；上述直接效应独立于瞬时水化学，提示季节性污染脉冲或未被测定的污染物在起作用。
结论与讨论
研究首次在热带小农镶嵌景观中证实，咖啡农林对水质与淡水生物多样性的负面影响可与敞口农田等量齐观，其根源在于湿法加工废水、农户生活排污与林下间作施肥。森林与湿地即使面积有限，仍能显著改善水质并抑制E.coli。作者呼吁：①推广低成本咖啡洗站废水沉淀-人工湿地处理系统；②在溪流两侧30 m内构建或保留天然林缓冲带，优化荫蔽树空间配置以过滤面源污染；③将ETHbios生物指数与E.coli定期监测纳入流域健康评估，避免单次水化学采样的“盲区”；④在国家咖啡产业扩张与气候驱动的上移种植背景下，及早制定基于水安全与生物多样性协同的景观规划，以实现SDG 6与SDG 15的双重目标。
