环境DNA揭示人类活动对山地溪流鱼类多样性的影响及物种入侵风险加剧

本研究通过环境DNA（eDNA）宏条形码技术，解析浙江九龙山国家级自然保护区溪流鱼类多样性分布格局，揭示旅游活动、人工鱼塘运营等人类干扰导致的水环境变化（如TOC、COD差异）及外来物种入侵风险（检出5种外来鱼），为山地淡水生态保护提供分子监测新范式。

　　

在仅占地球总水量0.01%的淡水中，栖息着全球四分之一的脊椎动物，其中鱼类作为淡水生态系统的顶级消费者，其多样性变化直接影响营养级平衡和物质循环。然而，人口增长与环境改造正对淡水生物多样性构成空前威胁：大坝建设阻断鱼类洄游通道，农业污水导致微塑料污染，人工鱼塘养殖物种逃逸引发生物入侵。更严峻的是，山地溪流作为连接高低海拔生态系统的关键廊道，其特有的高流速、高溶氧环境孕育了大量珍稀鱼类（如日本鳗鲡Anguilla japonica），但这些物种对人为干扰尤为敏感。传统鱼类调查方法如电捕渔具不仅效率低下，还会对目标生物造成物理伤害。如何精准评估人类活动对隐秘水生生物的影响，成为生态保护领域的重大挑战。

浙江九龙山国家级自然保护区的研究团队在《Anthropocene》发表的研究中，创新性应用环境DNA（environmental DNA, eDNA）宏条形码技术，通过对保护区内主要水源地52个采样点的水样分析（2023年8月采样），结合12S rRNA基因测序和生物信息学流程（包括OTU聚类和物种注释），系统解析了鱼类群落对人类活动的响应机制。研究发现：

1. 鱼类多样性分布格局
共鉴定出11目24科47属61种鱼类，其中5种为外来物种。低海拔采样点物种数更高（如瓯江光唇鱼Acrossocheilus wenchowensis为优势种），但高海拔点群落结构不确定性显著，反映边缘生境的生态脆弱性。

2. 人类活动指纹
旅游区以鲤形目（Cypriniformes）为生物标志物，而非旅游区则富集鲇形目（Siluriformes）和虾虎鱼目（Gobiiformes）等特有类群。核心区总有机碳（TOC）和化学需氧量（COD）分别比外围高8.73%和17.51%，而磷酸盐、硫化物、铁离子浓度及pH值呈现相反趋势，证实人类活动显著改变水化学特征。

3. 生物入侵风险
在几乎所有采样点均检测到少量外来鱼类，包括四大家草鱼（Ctenopharyngodon idella）、鲢（Hypophthalmichthys molitrix）等养殖逃逸物种。这些入侵者可能通过改变碎屑分解速率（如降低落叶分解率17%）干扰本土营养循环。

关键技术方法
研究采用eDNA宏条形码技术，通过0.45 μm滤膜捕获水环境DNA，使用12S rRNA基因引物进行PCR扩增，Illumina平台测序后经生物信息学流程（包括质量控制、OTU聚类和NCBI数据库比对）实现物种鉴定。环境参数（TOC、COD、pH等）采用标准水质分析仪测定，空间分析借助ArcGIS完成。

研究结论与意义
该研究首次在亚热带山地溪流生态系统中，通过eDNA技术量化了人类活动对鱼类群落的级联影响：旅游开发导致的水化学变化（如COD升高）选择性地促进广适性鱼类（如鲤科）繁盛，而人工鱼塘运营则成为外来物种扩散的"跳板"。更值得警惕的是，eDNA检测到传统方法易遗漏的早期入侵信号（如荧光斑马鱼Danio rerio），为生物安全预警提供技术窗口。这项成果不仅证实eDNA在生态监测中的超高灵敏度（较传统方法物种检出率提升40%），更重要的是揭示了"人类世"背景下，看似轻微的局部干扰（如一个鱼塘的废水排放）可能通过改变TOC等关键参数，最终导致流域尺度的生物均质化。研究团队建议将eDNA纳入自然保护区常规监测体系，特别关注养殖区周边水体的基因污染风险，为制定《生物安全法》实施细则提供科学依据。