人类活动对巴西三种植被域水生系统浮游动物多样性的景观格局影响分析

本研究针对人类活动导致的水生生态系统退化问题，通过景观生态学方法分析了巴西大西洋森林、热带稀树草原和热带干旱林三种植被域中浮游动物群落对人为干扰的响应。研究发现大西洋森林保护区具有最高的物种丰富度和α多样性，而受人为干扰强烈的热带干旱林区域则表现出更高的β多样性。研究创新性地应用景观指数（ATI）和多元统计方法，揭示了土地利用变化通过环境过滤作用塑造浮游动物群落结构的机制，为水生生物多样性保护提供了重要的理论依据和实践指导。

　　

在人类世（Anthropocene）背景下，景观改造正深刻影响着全球生态系统，特别是水生环境的生物多样性保护面临严峻挑战。巴西作为全球生物多样性热点地区，拥有大西洋森林（Atlantic Forest）、热带稀树草原（Tropical Savanna，又称Cerrado）和热带干旱林（Tropical Dry Forest，又称Caatinga）等独特植被域，这些区域不仅具有高度特有性，还正经历着由农业扩张、城市化等人为活动导致的快速退化。尽管这些植被域对维持区域生态平衡具有关键作用，但人类活动通过改变河道、增加沉积物和引入污染物等方式，直接和间接地影响着水生系统，导致物种扩散受阻、栖息地连通性降低和景观均质化等问题。

浮游动物（zooplankton）作为包括轮虫（rotifers）、枝角类（cladocerans）和桡足类（copepods）在内的无脊椎动物群落，因其短生命周期、高扩散能力和对环境变化的高度敏感性，成为评估生态系统健康的理想指示生物。理解浮游动物物种的空间分布有助于揭示自然生态过程和人为压力如何过滤区域物种库，而物种组成和多样性的变化则是识别环境改变和评估生态质量的关键工具。然而，目前关于土地利用空间变化与浮游动物多样性关系的研究仍显不足，尤其是在新热带地区（neotropics）。因此，本研究通过景观分析方法，探讨了巴西巴伊亚州三种植被域中景观变化与浮游动物α和β多样性之间的关系，为理解人为干扰对水生生物多样性的影响提供了新的视角。

本研究主要采用了以下关键技术方法：在巴伊亚州三大植被域的49个采样点（大西洋森林15个、热带稀树草原17个、热带干旱林16个）进行浮游动物样本采集，使用68μm网孔的浮游生物网进行水平拖网采样；通过立体显微镜和光学显微镜进行物种鉴定，并利用Sedgwick-Rafter计数室进行个体计数；基于MapBiomas 2021年度土地覆盖数据（30米分辨率）和QGIS 3.16软件，建立2公里半径缓冲区作为水陆系统影响区（Zone of Influence, ZI）；采用人为转化指数（Anthropic Transformation Index, ATI）、自然与人为土地利用面积比例和环境异质性三种景观指标进行分析；使用PERMANOVA、PERMDISP、BIOENV和Mantel test等多元统计方法分析群落结构与环境因子的关系。

研究结果：

景观分析表明，大西洋森林影响区内自然区域比例最高（73.9%），ATI值最低（1.5-8.5），而热带干旱林人为压力最大（自然区域仅47.8%），ATI值最高（3.5-8.4）。热带稀树草原和热带干旱林在景观结构上更为相似，而大西洋森林则表现出更高的森林覆盖率和土地利用镶嵌特征。

群落特征方面，共鉴定出138个浮游动物分类单元，其中轮虫73个、枝角类40个、桡足类25个。大西洋森林具有最高的物种丰富度（89种）和香农多样性指数，而热带稀树草原和热带干旱林分别仅有39和45个分类单元。PCoA分析显示热带稀树草原和热带干旱林之间的群落组成重叠度较高。

相关性分析显示，在热带稀树草原中，β多样性与自然区域呈显著负相关（r = -0.75），与人为区域呈正相关（r = 0.65），表明人为化程度越高，群落变异越大。BIOENV分析识别出森林形成、土地利用镶嵌（农业和牧场）、河流湖泊海洋、棉花和岩石露头等土地利用类别对浮游动物β多样性影响最大。Mantel检验进一步证实了土地利用类别与物种组成差异之间的显著关联（Mantel-r = 0.35）。

研究结论与讨论：

本研究证实了景观特征在塑造水生微生物多样性中的潜在作用。大西洋森林由于保存较好的自然栖息地和较高的环境异质性，支持了更高的α多样性和特有物种比例；而受人为干扰强烈的热带干旱林和热带稀树草原则表现出更高的β多样性，反映了环境过滤作用对物种组成的强烈影响。人为转化指数（ATI）作为量化人为压力的有效指标，与浮游动物β多样性呈现正相关关系，表明景观异质性的增加促进了物种更替。

这些发现强调了多种景观指标联合使用的重要性，因为不同的度量方式可以从互补的角度揭示人为干扰对生物多样性的影响。土地利用镶嵌（包括森林形成、农业、牧场和棉花等）通过改变局部环境条件，作为环境过滤器从区域物种库中选择适合的物种，从而驱动物种周转。特别是在热带干旱林地区，畜牧业和木材采伐等经济活动与自然脆弱性（如河流间歇性）相结合，对生物多样性和初级生产力构成严重威胁。

本研究的意义在于将传统景观生态学中使用的景观指标应用于微型无脊椎动物分布模式建模，为水生生态系统管理提供了科学依据。研究结果支持使用景观指标作为生态系统干扰的指示器，这有助于提高浮游生物-环境关系中的解释方差，并为水资源管理决策提供支持。在实践层面，保护 riparian 森林和减少人为干扰对于维持水生生物多样性至关重要，而景观尺度的管理策略可能是有效保护水生生态系统的关键。

该研究发表于《Perspectives in Ecology and Conservation》，通过综合运用生态学、景观地理学和统计学方法，深入揭示了人类活动通过景观改变对浮游动物多样性产生的多层次影响，为热带地区水生生物多样性保护提供了重要的理论框架和实践指导。