《Freshwater Biology》：Challenges and Advances Driving Studies on Aquatic Insects of the Order Coleoptera
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水生甲虫（鞘翅目；Coleoptera）以其高度的分类学多样性和生态学多样性以及对环境变化的敏感性而著称，使其成为生态评估中的关键生物指示物（bioindicator）。然而，全球范围内仍存在众多知识缺口。本研究旨在对水生鞘翅目昆虫进行全球性文献计量分析，识别
水生甲虫（鞘翅目；Coleoptera）以其高度的分类学多样性和生态学多样性以及对环境变化的敏感性而著称，使其成为生态评估中的关键生物指示物（bioindicator）。然而，全球范围内仍存在众多知识缺口。本研究旨在对水生鞘翅目昆虫进行全球性文献计量分析，识别时间趋势、地理分布、主要研究领域及现有空白，以整合知识并建立未来研究议程。
研究人员分析了来自Scopus和Web of Science数据库的778篇文献，发表时间为1942年至2025年。该分析使研究人员得以评估发表模式、研究方法以及水生甲虫研究中识别出的主要挑战。
研究发现出版物数量稳步增长，于2023年达到峰值（63篇）。研究数量最多的国家为美国（23.37%）、西班牙（14.95%）和巴西（14.40%）。研究最多的生态系统为溪流（28.23%）和河流（23.57%）。主要研究领域为生态学（42.37%）和生物监测（21.77%），且主要聚焦于成虫阶段（66.71%）。识别出的挑战包括水生鞘翅目昆虫多样性与分布知识的局限性（46.18%）、群落动态、分布格局与生态相互作用（20.97%），以及与环境质量或人为压力的关系（8.99%）。
结果显示描述性方法优于实践性和整合性方法，凸显了推进更具综合性研究的必要性，以强化分类学基础并改善水生鞘翅目昆虫在全球生物监测与保护策略中的融入。
本研究识别了水生鞘翅目昆虫研究中的主要地理、生态学和主题偏差，揭示了分类学、保护、遗传学和物种分布方面的关键知识缺口。这些发现为优先安排未来研究和加强全球生物多样性保护策略提供了基础。
**1 引言**
该部分阐述了水生昆虫在维持水生生态系统中的关键生态功能，强调其对人为变化的高度敏感性使其成为环境条件的哨兵生物（sentinel organism）或生物指示物。鞘翅目水生甲虫因其高分类学和功能多样性、在有机质分解、营养循环和捕食其他有机体中的关键作用，以及适应水生环境的显著形态特征（如水动力学体型和特化游泳足）而突出。翅鞘（elytra）的存在保护后翅、提供身体刚性并形成亚翅鞘空间（气室）以利于气体交换，这一结构促进了成虫对水生环境的定殖。鞘翅目是淡水昆虫的主要类群之一，约占全球描述的约76,000种淡水物种的18%，分布于除南极洲外的各大洲。其全变态生活史（卵、幼虫、蛹和成虫）贡献于其生态可塑性。尽管水生甲虫作为环境生物指示物具有潜力，但其全球生物多样性、生态学和分布的知识仍然有限，尤其在高生物多样性的热带区域如亚马孙， Linnean缺陷（物种描述不足）和Wallacean缺陷（地理分布知识缺乏）持续存在，限制了基础科学知识的推进以及有效生物监测和保护策略的发展。
**2 方法**
**2.1 检索与筛选流程**：研究对Scopus和Web of Science（WoS）两个数据库中关于水生鞘翅目昆虫（Insecta）的文献进行了全面回顾。检索策略采用布尔运算符组合关键词：TITLE-ABS-KEY = (aquatic Coleoptera OR water beetles OR aquatic beetles) AND (freshwater OR river OR stream OR lake OR groundwater OR sea OR mangrove OR estuary OR lagoon OR swamps)。排除了综述、会议和书籍章节，优先选择同行评议文章，限定时期为1942年至2025年。未限制学科领域和语言，纳入了44篇非英语出版物。
**2.2 数据整合与清洗**：Scopus和WoS分别检索到577篇和889篇文献，经RStudio（版本4.3.1）去重后获得1216篇文档，经人工复核后最终选定778篇进行分析。研究建立了七个分析类别对文献结论中的缺口和挑战进行定性分类：(a)生物多样性发现；(b)生态学意义；(c)与环境质量或人为压力的关系；(d)作为生物指示物的效用；(e)保护和管理建议；(f)方法学发展或验证；(g)缺口识别和未来方向。
**2.3 数据分析**：采用Pearson相关系数(r)分析年度与出版物数量之间的关联，使用RStudio中的Bibliometrix/Biblioshiny程序包（版本4.1.4）进行文献计量分析，并构建线图、直方图和频率图。
**3 结果与讨论**
**3.1 科学出版物的时间分布**：水生鞘翅目研究的科学产出在20世纪90年代前频率较低，2000至2007年间逐渐增长，2014年后急剧增加，2023年达到峰值63篇。年度与出版物数量之间呈中度至强正相关(r = 0.677, p < 0.001)。早期出版率低的原因包括科学基础设施有限、数字化进程缺乏导致发展中国家的低代表性，以及全球南北国家间的结构不平等。2000年后的增长受到DNA条形码等方法论进步和全球生物多样性倡议的推动；2014年后的 marked增长可能与国际生物多样性年（2010）和联合国生物多样性十年（2011–2020）相关。COVID-19大流行期间，由于野外工作受限但写作时间增加，基于现有数据的出版物有所增长。
**3.2 研究区域的地理分布**：研究区域显著集中于美国（86篇，23.37%）、西班牙（55篇，14.95%）、巴西（53篇，14.40%）、澳大利亚（34篇，9.24%）和英国（28篇，7.61%）等国。这种分布揭示了强烈的空间偏差，主要集中在北半球国家和生态及分类学研究传统良好的国家。尽管巴西在拉美占据突出位置，但研究仍限于学术基础设施较好的区域，亚马孙等边缘地区被排除在科学资源分配之外。秘鲁、厄瓜多尔、哥伦比亚等其他高生物多样性拉美国家在全球调查中代表性不足，加剧了持续的Linnean和Wallacean缺陷。全球分析虽有助于识别宏观生态模式，但常受初级数据同样区域偏差的影响。
**3.3 研究最多的水生生态系统类型**：研究主要集中于流水环境，尤其是溪流（212篇，28.23%）和河流（177篇，23.57%），合计占51.8%。溪流因可达性高、微生境异质性强和对局部干扰敏感而被视为群落生态学和生物监测的理想模型。相比之下，静水环境如湖泊（169篇，22.50%）、沼泽（24篇，3.20%）、泻湖（22篇，2.93%）和临时池塘（22篇，2.93%）显著不足。地下水（21篇，2.80%）和海岸过渡带生态系统（20篇，2.66%）的欠代表性反映了历史空白及采样方法上的重大挑战。静水系统尽管代表性低，但包含高度多样化的微生境和环境梯度，对水生鞘翅目群落及其对环境胁迫的响应高度相关。
**3.4 研究中使用的分类学水平**：大多数研究以物种为核心理论单元（356篇，45.88%），其次为目（217篇，27.96%）、科（104篇，13.40%）和属（67篇，8.63%）。物种水平的强调与生物多样性、生物监测和群落生态学研究中可接受分类分辨率的日益重视一致。较高分类水平的使用可由后勤和分类学限制解释，尤其在高生物多样性和采样不足的区域。功能特征（如取食策略、体大小、扩散能力、呼吸模式和生活史特征）在决定生物如何与环境互动及响应干扰方面发挥关键作用，基于特征的方法可在较粗分类水平仍检测到生态响应。然而，同时考虑多个分类水平的研究显著不足（不足3%），揭示了关键的方法学空白。
**3.5 研究最多的生活史阶段或时期**：成虫阶段在研究中占绝对主导（519篇，66.71%），与成虫更易观察、捕获和分类学鉴定较简单的趋势一致。单独考虑幼虫阶段的研究仅占11.57%（90篇），幼虫和成虫结合占12.60%（98篇），反映了幼虫鉴定复杂性更高、分类检索表不完整或缺失、季节性限制及特定环境采样困难等因素。相当比例的研究（32篇，4.11%）未指明生活史阶段，影响了研究间的可比性和生态推断质量。化石记录（25篇，3.21%）反映了古湖沼学和古昆虫学方法的应用。涵盖多个生活史阶段的整合性方法极为罕见（不足3%），考虑到许多水生鞘翅目大部分生活周期处于幼虫阶段并执行关键生态功能，这一偏差显著限制了生物监测项目的推进。
**3.6 研究类型**：生态学方法占主导（325篇，42.37%），其次为生物监测应用（167篇，21.77%）和分类学与系统学（126篇，16.44%）。许多研究聚焦于多样性、分布或环境关联的描述性模式，而明确的机制性或过程导向性方法相对不足。生物监测研究反映了对水生鞘翅目作为环境质量生物指示物日益增长的认识，但较少将发现整合到保护规划、生态系统恢复或适应性管理框架中。分类学和系统学研究的相对不足尤为令人担忧，鉴于热带地区严重的Linnean和Wallacean缺陷。前沿基础科学如遗传学（34篇，4.43%）、系统发育学（6篇，0.78%）和行为学研究（5篇，0.65%）严重欠缺。生态毒理学研究（27篇，3.52%）的不足尤为意外，考虑到当前水污染加剧的背景。相当比例的古生物学研究（16篇，2.09%）对理解水生鞘翅目的演化历史具有价值。
**3.7 研究结论中识别出的缺口和挑战**：生物多样性相关发现占主导地位（478篇，46.18%），其次为生态学意义（217篇，20.97%）、与环境质量或人为压力的关系（93篇，8.99%）以及保护和管理建议（92篇，8.99%）。科学产出仍牢固扎根于描述性方法，大量研究集中于物种组成和丰富度记录，强化了应对Linnean和Wallacean缺陷的持续需求。Humboldtian缺陷（丰度变异和对环境梯度响应的有限理解）、Eltonian缺陷（生态相互作用和生态系统功能的知识缺乏）以及Raunkiaeran缺陷（功能特征和生活史策略信息稀缺）同样存在。直接与保护和管理建议相关的研究比例较低，揭示了科学知识产出与其在实际保护、恢复或管理策略中应用之间的明显脱节。方法学发展或验证的研究数量也相对较低，尽管深度学习自动识别等新兴方法显示出提高生物监测项目效率的潜力。
**4 结论**
本研究呈现了首个全球性的水生甲虫文献计量分析，揭示了这些生物的科学兴趣持续增长，以及时间趋势、地理、分类学和主题缺口及关键未来研究领域。尽管生态学知识和生物指示物应用取得进展，但存在持续的结构性挑战：研究区域集中于北半球国家、高生物多样性热带区域代表性不足、对流水环境和成虫阶段的不成比例关注、对静水栖息地和幼虫阶段的忽视。整合遗传学分析、DNA条形码和预测建模等先进方法，以及考虑不同分类水平和生活史阶段的多尺度方法，可填补现有空白。加强分类学和系统学研究是推进功能生态学、生物监测和应用保护的基础。未来需重新平衡不同水生生态系统类型和类群间的研究工作，包括被忽视的栖息地和研究不足的地理区域。水生甲虫作为水生生态系统的关键功能组分，以及生物监测、保护和可持续水资源管理的战略工具，其成功应用将依赖于整合高质量基础科学、技术创新、分类学强化和有效公共政策的协调行动。
**5 局限性与展望**
本研究承认一些固有限制：数据库选择可能导致相关文献遗漏，尤其区域或灰色文献数据库；排除Zoological Record等专业数据库可能导致历史分类学和动物区系文献的低代表性；排除综述、会议论文和书籍章节可能遗漏概念分析或地方研究。尽管存在这些限制，研究结果提供了全球水生甲虫科学产出的稳健概览。研究建议在代表性不足的高生物多样性热带区域（如拉美、东南亚和热带非洲）扩展研究，加强分类学和系统学研究（包括新种描述、幼虫鉴定检索表开发、形态学和分子方法整合），推广整合性和多尺度方法，强化对静水、地下和海洋栖息地的研究，促进超越描述性方法的程序性研究，以及推动保护应用研究。最终，促进生态学、分类学、遗传学、环境毒理学和社会科学的跨学科整合至关重要，以实施更有效、文化敏感和社会经济公正的保护行动。
