亚热带流域陆地土地利用类型塑造河流鱼类多样性格局：基于环境DNA的空间显式模型研究

本研究针对淡水生物多样性受陆地土地利用与覆盖(LULC)改变威胁但空间关联机制不清的难题，通过环境DNA(eDNA)技术对泰国昭披耶河流域160,000 km2水域的108种鱼类进行系统调查，首次量化了不同LULC类型对鱼类物种丰富度的空间影响范围（19 km）与强度，揭示雨养农田的正向效应与森林/城市的负向效应，并预测未来LULC变化下鱼类多样性热点转移。该研究为热带-亚热带流域生物多样性保护提供了可扩展的空间规划工具。

　　

在全球生物多样性急剧衰退的背景下，淡水生态系统正面临前所未有的威胁。作为地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，淡水系统孕育了全球43%的鱼类物种，但近年来由于水坝建设、水体富营养化、化学污染等因素，其生物多样性正以惊人的速度丧失。其中，陆地土地利用与覆盖(LULC)的改变被认为是影响淡水生物多样性的关键驱动因素，但长期以来，科学家们对LULC影响的空间范围和强度缺乏准确量化，这严重制约了有效保护策略的制定。

瑞士苏黎世大学(University of Zurich)的研究团队选择泰国昭披耶河这一具有典型亚热带特征的流域作为研究对象。该流域不仅拥有包括暹罗巨鲤(Catlocarpio siamensis)和双色 Epalzeorhynchos等特有物种在内的丰富鱼类多样性，同时也正经历着剧烈的人为干扰——过去几个世纪农业扩张使农田覆盖了流域56%的面积，而城市区域虽仅占1%，却密集分布在主要河道沿岸，形成特殊的生态压力格局。

研究团队创新性地将环境DNA(eDNA)技术与空间显式建模相结合，在39个采样点通过12S rRNA基因的Kelly和MiFish两套引物进行 metabarcoding 测序，共获得10,752,788条有效序列，鉴定出108种鱼类。通过整合300米分辨率的ESA CCI LULC数据与HydroSHEDS水文数据集，构建了FishDiv-LULC模型，该模型首次实现了对LULC效应空间范围(r)和强度(V_k)的同步量化。

关键技术方法包括：(1)基于环境DNA metabarcoding的流域尺度鱼类多样性普查；(2)利用指数衰减函数量化LULC效应的空间衰减特征；(3)结合中性群落模型(NMC)验证LULC特异性效应；(4)通过鱼类形态功能性状(FISHMORPH数据库)解析LULC-物种关联机制；(5)应用Sentinel-2遥感数据反演叶绿素a(Chl-a)、总悬浮物(TSS)等水质参数。

主要研究结果

A spatially explicit model
模型显示LULC效应最大空间范围为19 km（90% CI:11-34 km），解释58.7%的物种丰富度变异。雨养农田呈现显著正向效应(1.438)，而森林(-2.163)和城市区域(-3.684)呈负向效应。模型预测与eDNA实测数据高度吻合，特别是在平原农业区物种丰富度峰值(52种)与山地森林区低谷(13种)的分布格局。

Terrestrial LULC effects and fish traits
通过10个形态性状的PCA分析发现：雨养农田关联鱼类具有高体长-体高比(BEl)，适应营养输入增加的环境；城市区域关联鱼类则表现出大体型(MBl)和高性状多样性，反映对人为干扰的广适性；森林关联鱼类体型小但游动敏捷(低CPt)，体现对贫营养条件的特化适应。

Fish diversity projections with LULC changes
基于SSP5 RCP8.5情景预测显示：2050年山地地区因农田扩张将导致总物种丰富度增加7.9-14.3%，但7种受威胁物种(SPCC)的分布范围将缩减21%。Jaccard相似性指数分析表明，未来流域内鱼类群落均质化趋势显著，特有物种栖息地丧失风险加剧。

结论与意义
该研究通过空间显式模型首次量化了陆地LULC对河流鱼类多样性的"作用距离"，揭示了农业生态系统的资源补贴效应与城市化的筛选压力。研究提出的19 km影响半径为流域保护缓冲区设计提供了科学依据，特别是对30×30全球生物多样性保护目标的实施具有直接指导价值。

值得注意的是，虽然农田扩张短期内可能增加总物种数，但会导致生态功能简化和特有物种流失。研究强调在亚热带流域管理中，需平衡农业生产与自然栖息地保护，特别关注山地森林河段的生态完整性维护。该方法可推广至全球其他数据匮乏的热带流域，为跨生态系统管理提供量化工具。

该成果发表于《Communications Biology》，通过整合环境DNA、遥感与空间建模技术，为理解人类世背景下陆地-水生系统耦合机制提供了范式转变，标志着生物多样性研究从定性描述向空间定量预测的重要跨越。