水声学与环境DNA（eDNA）联用：中上层鱼类群落物种特异性生物量估算的新范式

这篇研究创新性地将水声学调查（hydroacoustics）与环境DNA（eDNA）技术结合，建立了非侵入性鱼类群落评估方法。通过加拿大Opeongo湖的实证研究，验证了eDNA在物种鉴别和垂直分布追踪中的可靠性，并揭示了其与声学生物量数据的线性关联（r=0.77），为脆弱种群监测提供了"双非侵入"解决方案（p<0.01）。

　　

ABSTRACT

水声学调查与环境DNA（eDNA）监测作为快速发展的技术，在鱼类种群评估中展现出巨大潜力。研究团队在加拿大Opeongo湖（45°42′N）的5800公顷水域中，通过38kHz分裂波束声学系统与深度分层eDNA采样（0.5-37.5m）的协同应用，成功实现了6种中上层鱼类的物种鉴别与生物量估算。

1 Introduction

传统渔业评估面临生态影响与技术局限的双重挑战。水声学虽能高效获取鱼类体长数据（TS=19.1·log₁₀(L_m)+0.9·log₁₀(λ)-23.9），但物种识别依赖致死性采样；eDNA虽具物种特异性，却缺乏生物量信息。本研究通过12小时连续观测（18:30-06:30），探索两种技术的互补价值。

2 Materials and Methods

2.1 Study System

选择Opeongo湖南臂（最大深度50m）作为模式系统，其稳定的鱼类群落包含黄鲈（Perca flavescens）、湖鲱（Coregonus artedi）等6个优势种。历史刺网数据（2002-2019年）显示群落结构保持稳定。

2.2 Field Surveys

创新性设计包括：

• •

  四时段重复声学走航（黄昏/夜间/黎明）

• •

  6个深度层（间距7.5m）三重水样采集

• •

  同步温深剖面记录（HOBO Pro v2）

2.4 eDNA Assay Design

基于COI基因设计物种特异性引物，检测限（LOD）达1.74-5.96拷贝/反应。通过合成寡核苷酸对照（含18bp插入片段）控制污染，qPCR效率>98%。

3 Results

3.1 eDNA Detections

所有目标物种均被检出，其中湖鲱检出率最高（P_d=1.0）。eDNA浓度呈现显著昼夜变化：黄昏至黎明时段，湖鲱在0.5m层的eDNA浓度增长10.8倍（r=0.64, p=0.02）。

3.3 Hydroacoustics Integration

eDNA分配的生物量与传统刺网数据显著相关（r=0.77），但在近底层（37.5m）出现异常高值。断棍模型（BSM）分析显示，该深度存在显著结构断裂（p<0.005），推测与沉降eDNA积累有关。

4 Discussion

该研究证实：

1. 1.

   eDNA可准确反映物种垂直分布（如湖鳟在15m层P_d=0.75）

2. 2.

   生物量>2kg时，log eDNA与log生物量呈线性关系

3. 3.

   近底层采样需考虑沉降效应

技术组合的优化方向包括：聚焦鱼类活动热点区域、建立物种特异性eDNA校正因子（如湖白鱼LOQ达107拷贝/反应），以及开发标准化采样协议。这项"双非侵入"策略为敏感种群评估提供了新范式，特别是在气候变化背景下的长期监测中展现出独特价值。