环境DNA技术追踪魁北克矿区水生生物多样性：采矿活动对鱼类群落的影响与监测应用

本综述系统评估了环境DNA（eDNA）技术在加拿大魁北克詹姆斯湾矿区水生生物多样性监测中的应用价值。研究通过两期采样活动，成功检测到包括湖鲟（Acipenser fulvescens）和梭鲈（Sander canadensis）在内的四种目标鱼类物种，并揭示了采矿活动导致的栖息地破碎化和水质参数变化（如低pH值、重金属浓度升高）对物种分布的影响。该研究证明了eDNA作为一种高灵敏度、非侵入性的工具，能够有效支持 Indigenous territories（原住民领地）的社区主导型环境管理倡议，为敏感生态系统的生物多样性评估和物种存在基线建立提供了创新解决方案。

　　

引言

生物多样性在维持水生和陆地生态系统功能中扮演关键角色。加拿大拥有全球20%的淡水资源和大量脆弱物种，但其生物多样性正面临土地利用变化、气候变化、污染及采矿活动等多重威胁。传统生物多样性监测方法如直接观察和形态学鉴定存在成本高、效率低且对稀有物种检测能力有限的问题。环境DNA（environmental DNA, eDNA）技术通过检测水体中生物释放的遗传物质，为物种监测提供了高灵敏度、非侵入性且成本效益优异的替代方案。

本研究聚焦魁北克Eeyou Istchee詹姆斯湾区域的两个采矿点：运营中的éléonore金矿和开发中的Whabouchi锂矿。选择六种具有生态和文化意义的鱼类作为目标物种，包括黄鲈（Perca flavescens）、北方狗鱼（Esox lucius）、角膜白斑鱼（Sander vitreus）、梭鲈（Sander canadensis）、溪红点鲑（Salvelinus fontinalis）和湖鲟（Acipenser fulvescens）。这些物种不仅是当地Cree原住民社区的重要食物来源，也是反映生态系统健康的关键指标。

材料与方法

采样区域与策略

研究在2022年和2023年的夏季开展了两期采样活动。金矿站点设置8个采样站，锂矿站点设置12个采样站，并在每个矿点上游5–10公里处设立对照站。使用便携式水泵系统采集水样，并通过0.45 μm硝化纤维素过滤器捕获eDNA。每个站点采集三重样本，记录过滤体积，并同步测量水温、pH、电导率等参数。

eDNA提取与定量PCR分析

使用DNeasy Blood & Tissue试剂盒（Qiagen）进行DNA提取，并通过qPCR技术针对六种鱼类的线粒体基因设计特异性引物与探针（见表1）。采用eLowQuant模型对低浓度eDNA进行定量分析，以8次技术重复中至少1次阳性作为物种检测阈值。实验设置空白对照、阴性对照和阳性对照（gBlock基因片段）以确保数据可靠性。

水质参数分析

采矿公司提供了水体物理化学参数的现场测量和实验室分析数据，包括pH、溶解氧、重金属浓度（如Al、Cd、Pb、Hg）、营养盐水平及放射性指标等。数据与加拿大环境部长理事会（CCME）和魁北克环境部门（MELCCFP）的标准进行比对。

结果

在金矿站点，黄鲈、北方狗鱼、角膜白斑鱼和溪红点鲑在2022和2023年均被稳定检测，而梭鲈和湖鲟未被发现。物种分布在不同年份间高度一致（图1、图2）。锂矿站点的结果显示北方狗鱼检测率最高（2023年10/12站点），黄鲈检测率在2023年显著上升（图3、图4）。

水质分析显示所有站点pH普遍偏低（酸性），部分站点的溶解氧低于保护阈值。金矿下游Opinaca水库中Cu、Hg、Zn、Cd和Pb浓度超过MELCCFP/CCME标准。锂矿站点虽未正式运营，但铝浓度普遍超标，铁和铅在部分站点异常升高。

讨论

采矿活动对水质的影响

采矿通过废水排放、径流和渗漏等途径影响水体质量。金矿提取过程中使用的氰化物、铅硝酸盐等化学物质可能导致重金属释放和酸矿排水（acid mine drainage, AMD），降低pH并增加金属生物利用度。尽管研究区域观测到的低pH可能与当地湿地丰富的自然地质背景和频繁野火（如2023年大面积燃烧）导致的硫酸盐升高有关，但采矿活动无疑加剧了环境压力。低硬度水体中钙镁离子缺乏进一步放大了酸性条件对鱼类的生理胁迫。

物种分布与缺失分析

湖鲟未被检测可能源于其种群数量下降、季节性迁移模式及采矿与水电大坝导致的栖息地破碎化。该物种被加拿大物种濒危法案（SARA）列为“特别关注物种”，其监测对Cree社区的文化与实践具有重要意义。梭鲈的缺失可能与分布范围偏南、栖息地碎片化及与角膜白斑鱼的竞争有关。后者因其更强的环境适应力成为优势物种。

溪红点鲑仅在上游对照点被检测，其对溶解氧和铝浓度高度敏感，且依赖冷水栖息地。采矿相关的森林砍伐和水温上升可能限制了其分布。北方狗鱼和黄鲈表现出较强的环境耐受力，能够适应低pH和低氧条件，其广泛分布与历史文献和监测报告一致。

eDNA作为创新监测工具

本研究证实eDNA能有效检测鱼类物种并反映环境压力下的生态动态。该技术已成功应用于多种鲟鱼监测，但其检测效果受迁移时间、水深和DNA降解因素（如微生物活动、UV照射、低pH）影响。在入侵物种监测方面，eDNA的高灵敏度有助于早期发现种群扩张（如北方狗鱼和黄鲈），为生态管理提供预警。

eDNA技术的简便性使其适用于工业环境协议和社区主导的监测项目。Cree社区可借助该技术参与保护其传统资源（如湖鲟和溪红点鲑），强化资源可持续管理。未来可结合环境RNA（eRNA）或宏条形码技术（metabarcoding）提升物种健康状态评估和生物多样性全景解析能力。

结论

本研究建立了魁北克采矿影响区域鱼类eDNA监测的首个基线数据，证明了eDNA在偏远地区物种监测中的实用价值。尽管未发现广泛污染，但水质参数异常和物种分布变化表明生态系统面临复合压力。eDNA技术可作为物种存在的可靠记录工具，支持长期生态评估和社区环境管理。未来监测应纳入对环境变化敏感的指示物种，以提升对生态系统健康状态的预警能力。