《Ecohydrology & Hydrobiology》：Environmental and elevational drivers of diatom diversity in alpine temporary ponds
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本研究针对高海拔临时池塘(TPs)生态系统脆弱且对气候变化敏感的特性，以硅藻作为生物指示剂，探究了地理隔离、海拔和环境因子对意大利中部亚平宁山脉高山临时池塘硅藻群落物种组成、多样性和独特性(特有种比例)的影响。研究发现，硅藻多样性主要受局部地理梯度驱动，海拔是塑造群落独特性的关键因素，较高池塘拥有更多特有类群，而电导率(EC)则促进相似适应物种的聚集。该研究揭示了海拔及空间梯度在高山短暂淡水生境硅藻群落构建中的核心作用，为气候变化背景下高山生态系统的保护提供了重要科学依据。
在世界森林和草原之上，空气稀薄、气温骤降的极端地带，存在着高山生物群落。这些位于气候林线以上的高海拔栖息地，虽然气候严酷且经历了复杂的气候波动历史，却被认为是生物多样性热点区域，拥有成千上万的特有动植物物种。然而，由于物种特化及其受限的环境耐受性，这些生态系统对气候变化尤为敏感。随着全球气温上升，高山生境可能面临温度机制、积雪覆盖和水文循环的前所未有的改变，威胁其独特的动植物区系。
高山生态系统为超过一半的人类人口提供淡水，并可能储存全球陆地碳库的1%。其中，临时池塘是高山生物地理区域所承载的最特殊的环境之一：它们是关键的淡水栖息地，支持着适应其短暂性质的独特特化物种。尽管其规模小且常被忽视，高山临时池塘在维持区域生物多样性和支持水文过程方面发挥着至关重要的作用。临时池塘网络还可以增强景观连通性，通过形成集合种群使种群保持基因交流和恢复力，这在应对气候变化时尤为重要。
在临时池塘的水生群落中，硅藻作为广泛使用的生物指示剂，可用于检测自然波动或人为影响驱动的生态变化。硅藻是单细胞光合藻类，广泛分布于所有水生境。它们对水质、营养物可用性和水文状况的变化反应迅速，能够灵敏地检测由自然波动或人为影响引起的生态变化。此外，硅藻组合的物种组成和多样性反映了特定的栖息地特征，为了解临时池塘生态系统的生态状况和演替动态提供了详细见解。
然而，关于塑造硅藻群落的因素存在两种主要的科学观点：第一种认为硅藻群落组成主要由局部环境条件决定；第二种则强调更广泛尺度的影响，指出淡水硅藻分布表现出由扩散过程、气候和进化历史塑造的生物地理格局。许多研究交替支持一种理论或另一种，突显了海拔、季节性、隔离和物理化学参数等因素的重要性取决于空间尺度和背景。
在此背景下，研究人员在意大利中部亚平宁山脉的坎波因佩拉托雷高原开展了研究。该高原属于大萨索和蒙蒂德拉拉加国家公园，位于阿尔卑斯生物地理区域。研究人员从12个海拔在1374至2007米之间的临时池塘中采集了附石硅藻样本，并测量了温度、pH、氧化还原电位、电导率和溶解氧等环境参数。通过对硅藻群落进行多样性分析、空间统计和多元回归模型等，旨在探究三个核心问题：不同高海拔临时池塘之间硅藻群落植物区系组成的差异主要是由地理距离、海拔还是环境差异解释的？样点的空间分布及其生态特征是否遵循特定模式？哪些局部环境预测因子和更广泛尺度的模式驱动着小尺度上的硅藻群落组成？
主要技术方法概述
本研究的技术方法主要包括野外采样与实验室分析、多样性计算与空间统计分析，以及多元统计建模。研究人员在夏季对12个高山临时池塘进行了单次采样，采集了附石硅藻样本。在实验室中，样本经过氧化处理，并在显微镜下进行形态学鉴定，共鉴定出123个物种。Alpha多样性使用香农指数进行量化，群落独特性则通过加权物种相对丰度与其出现频率的倒数来计算。空间分布采用最近邻指数和莫兰指数进行分析。为了评估环境与空间因素对群落的影响，研究人员进行了偏曼特尔检验、广义线性模型以及基于距离的冗余分析。
研究结果
3.1 硅藻群落组成与空间分布
研究共鉴定出123种硅藻，隶属于41个属。出现最广泛的属是舟形藻属、异极藻属、菱形藻属、羽纹藻属和针杆藻属。物种丰富度最高的池塘是GS19、GS3和GS4。最广布的物种是小异极藻和隐头舟形藻。相反，有61种是稀有种，仅出现在一个池塘中，表明存在大量池塘特有种。群落独特性最高的是GS15池塘，其中73%的个体属于未在其他地方发现的类群。最近邻分析表明，池塘的空间分布是随机的。然而，群落独特性表现出显著的正空间自相关，意味着具有独特群落的样点倾向于在空间上聚集。
3.2 环境驱动因素分析
单变量广义线性模型显示，海拔对香农多样性有显著正效应，表明海拔越高，硅藻多样性越丰富。然而，海拔对独特性没有显著影响。地理隔离对多样性和独特性均无显著影响。在包含海拔、隔离、温度、电导率和溶解氧的全局模型中，海拔对香农多样性的影响呈边缘显著，对独特性的影响不显著。电导率与独特性呈边缘显著正相关。偏曼特尔检验表明，在控制环境距离后，地理距离与植物区系差异无关；反之，在控制地理距离后，环境距离也与植物区系差异无显著关系。
3.3 Beta多样性分析
池塘间的总S?rensen相异性为0.86，表明β多样性很高。相异性分区显示，物种周转是主要组成部分，占97.6%，而嵌套性仅贡献2.4%。曼特尔检验揭示了群落相异性与海拔差异之间存在显著正相关，但与池塘间的隔离距离无显著相关。将池塘按海拔分为低、中、高三组后，分析表明各组内的群落离散度没有显著差异。基于距离的冗余分析显示，环境变量共同解释了群落组成的显著部分变异，其中海拔是唯一显著的解释变量。
结论与意义
本研究表明，在高山临时池塘中，硅藻群落的多样性和独特性主要受地理因素驱动，其中海拔扮演了核心角色。与地中海生物群落的研究结果不同，地理隔离的影响在本研究中不显著。海拔梯度独立于隔离程度影响着群落组成，导致了高海拔地区功能独特的硅藻群落的发育。电导率似乎有利于由相似适应物种组成的群落，可能反映了特定的生态条件或对环境梯度的适应性响应。
这些发现强调了在塑造高海拔短暂淡水栖息地硅藻群落格局中，海拔和空间梯度的重要性。研究结果凸显了在分析生物多样性决定因素时采用综合方法的必要性，因为地理和环境因素之间的相互作用可以更好地解释高海拔水生生态系统中群落的复杂性和分布。此外，这强调了在调查群落多样性和独特性的驱动因素时，考虑区域背景和特定环境梯度的重要性。
在气候变化加剧的背景下，理解这些脆弱短暂生态系统的响应机制，对于预测全球对淡水生物多样性的影响以及制定有效的保护策略至关重要。对高山临时池塘更广泛和长期的生态研究，对于保护其生物多样性和生态系统功能具有深远意义。本研究为高山生态系统的生物指示研究提供了新的见解，并强调了将空间尺度与局部环境因子相结合以全面理解群落构建机制的重要性。
