多维β多样性视角下大型无脊椎动物群落塑造河流生态韧性的机制研究

本研究针对淡水生态系统韧性维持机制不清的科学问题，通过量化秦江上游大型无脊椎动物群落的分类、功能和系统发育β多样性（含周转率turnover和嵌套性nestedness组分），结合PLS路径模型揭示了分类周转率与系统发育周转率通过引入广适性类群显著提升P/B比（生产力/生物量比），而嵌套性反映的非随机物种丢失会削弱生态系统功能的机制，为河流生物多样性保护提供了多维管理框架。

　　

随着全球淡水生态系统退化加剧，河流生态系统的稳定性维持机制成为研究热点。作为淡水生态系统的"工程师"，大型无脊椎动物通过调控养分循环和有机物分解等关键过程维持系统功能，其群落结构变化常被用作生态系统健康的指示器。然而，在环境压力日益加剧的背景下，生物多样性如何通过空间异质性（即β多样性）影响生态韧性（ecological resilience）仍存在认知空白。传统研究多聚焦α多样性（局地多样性）与生态系统功能的关系，但忽略了群落间物种更替（turnover）和选择性灭绝（nestedness）对系统恢复力的潜在影响。

针对这一科学瓶颈，广西科学技术厅资助的研究团队选择珠江流域秦江上游（21°83′-22°36′N, 108°34′-109°29′E）自然河段为研究对象，创新性地将β多样性分解为分类学（taxonomic）、功能（functional）和系统发育（phylogenetic）三个维度，并分别量化其周转率和嵌套性组分。研究团队采用次级生产力与生物量比值（P/B ratio）作为生态韧性的量化指标——该指标能同时反映生物量更新速率（productivity）和现存量（biomass），高P/B比意味着系统具备快速重组和恢复的能力。通过偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析，结合环境因子（温度、溶解氧等）和水生植物分布的调控作用，系统解析了多维β多样性影响生态韧性的通路机制。

关键技术方法包括：（1）在2391 km²流域设置梯度采样点获取46种大型无脊椎动物和7种水生植物数据；（2）使用Baselga分解法划分β多样性组分；（3）构建PLS-PM模型解析多维β多样性与P/B比的因果关系；（4）通过变异系数（CV%）评估环境异质性。

【环境特征与群落结构】
采样点呈现显著环境异质性（多数变量CV%>20%），记录到以水生昆虫（48%）为主的3门5纲25科无脊椎动物。功能冗余分析显示关键生态功能由多个分类单元共同承担。

【多维β多样性效应】
分类周转率（taxonomic turnover）与系统发育周转率（phylogenetic turnover）显著提升P/B比（p<0.05），表明新迁入物种带来的广环境耐受性和进化策略分化增强了系统恢复力；而分类嵌套性（taxonomic nestedness）降低P/B比，反映选择性物种丢失会削弱功能。值得注意的是，功能β多样性（functional beta diversity）无显著影响，研究者认为这是功能冗余（functional redundancy）缓冲了分类组成变化的结果。

【环境驱动机制】
非生物因子（如温度、营养盐）对所有维度β多样性均具强驱动作用（R²>0.4），而水生植物分布影响有限——这可能源于优势水生植物的结构冗余（structural redundancy）和生态位重叠。

这项发表于《Journal for Nature Conservation》的研究首次建立了β多样性组分与生态韧性的定量关系框架，证实：（1）物种和谱系周转通过引入功能互补类群提升韧性；（2）嵌套性反映的定向物种丧失会降低系统功能；（3）功能冗余是维持稳定性的"保险机制"。Hanrui Wang等提出的"促进周转-维持冗余"管理策略，为应对气候变化下的河流保护提供了新思路——例如在修复工程中优先引入分类和系统发育差异大的物种群，而非单纯增加物种数。该研究对理解生物多样性-生态系统功能关系的空间维度具有重要理论价值，其建立的P/B比评估体系可直接应用于流域健康诊断。