《Ecology and Evolution》：Impact of Rainfall on Aquatic and Terrestrial Species Monitoring Using Riverine Environmental DNA
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基于水体的环境DNA（environmental DNA, eDNA）可在流域尺度的eDNA生物多样性监测中同步检测水生和陆生物种。然而，由于复杂的环境影响，陆生物种的检测仍具挑战。本研究以日本清武川（Kiyotake River）流域内的三条河流为对象，针对
基于水体的环境DNA（environmental DNA, eDNA）可在流域尺度的eDNA生物多样性监测中同步检测水生和陆生物种。然而，由于复杂的环境影响，陆生物种的检测仍具挑战。本研究以日本清武川（Kiyotake River）流域内的三条河流为对象，针对降雨期间通过地表径流从陆地输送到河流的脊椎动物eDNA展开调查。研究人员比较了降雨与非降雨条件下不同类群的相对检出指数（relative detection index, RDI），并确定了环境因素（如流量和过滤体积）如何影响样本水平的α多样性与β多样性。结果表明，哺乳动物和两栖动物在降雨后被检出的频率更高，而鱼类因滤膜堵塞导致的过滤体积减少而检出频率降低。广义线性混合模型（generalized linear mixed model, GLMM）分析显示，河流流量对检出数具有显著的负效应，而过滤体积则具有显著的正效应。此外，置换多元方差分析（Permutational Multivariate ANOVA, PERMANOVA）表明，过滤体积和降雨发生显著影响β多样性。研究结果强调了过滤体积对α多样性和β多样性检测的重要性，并证明基于eDNA的生物监测在降雨事件期间仍然有效，为提升流域尺度的生物多样性评估提供了实践指导。此类方法不仅可有效检测水生生物，还能检测那些难以通过传统野外方法调查的陆生脊椎动物，因而具有重要的应用潜力。
论文解读：降雨对河流环境DNA监测水生与陆生物种的影响
全球气候变化与人类活动加速了生物多样性的丧失，生态系统服务功能面临严重退化。环境DNA（environmental DNA, eDNA）技术通过检测生物体脱落到环境基质中的遗传物质，为生物多样性监测提供了一种低成本、快速且非侵入性的手段。然而，现有脊椎动物eDNA研究多集中于水生生物，对陆生脊椎动物的水体eDNA监测仍面临检测率低、环境效应复杂等挑战。陆地生物通过饮水、游泳等活动将DNA释放到水体中，但因其与水体接触的时间和空间具有间歇性，导致水体中陆生物种eDNA的沉积量有限。降雨可能通过地表径流将陆源eDNA输入河流，从而提升陆生物种的检出能力，但降雨对不同生态习性脊椎动物检出效果的影响及其环境驱动机制尚不明确。为此，研究人员在日本宫崎县清武川流域的 Mizunashi 川、Oka 川和 Tagami 川三条支流开展研究，系统评估了降雨事件对水体eDNA监测鱼类、两栖类、鸟类和哺乳动物的影响，并探讨了环境因子在其中的作用。
研究人员在2022年至2024年期间，于降雨事件和非降雨事件条件下共采集33份河水样本，利用靶向线粒体12S rRNA基因区域的两步PCR扩增和高通量测序进行脊椎动物eDNA宏条形码分析，共检出57个分类单元，包括鱼类、哺乳动物、两栖类和鸟类。基于相对检出指数（RDI）计算、广义线性混合模型（GLMM）、主坐标分析（PCoA）和置换多元方差分析（PERMANOVA）等统计方法，研究人员分析了降雨条件、河流流量、过滤体积等环境因素对物种检出数与群落结构的影响。样本采集涵盖了不同季节和不同土地利用类型的子流域，并使用分布式水文模型估算河流流量。由于研究周期覆盖全年，为排除候鸟季节性迁移对结果的干扰，鸟类被排除在RDI和群落结构计算之外。
结果显示，在全部检出序列中，鱼类占66.03%，哺乳动物占16.64%，两栖类占13.30%，鸟类占4.03%。不同河流的物种组成存在差异，其中 Tagami 川的物种丰富度最高，检出37个分类单元；Oka 川次之，检出30个；Mizunashi 川检出25个。多数检出哺乳动物为家养或人类伴生物种，野生哺乳动物包括日本狗獾（Meles anakuma）、日本鼹鼠（Mogera wogura）、日本小鼩鼹（Urotrichus talpoides）和野猪（Sus scrofa）等。两栖类除一种由宠物贸易引入的非本地蝾螈外，其余均属无尾目。在RDI分析中，Mizunashi 川总体RDI范围为5.26%至57.89%，Oka 川为0%至48.15%，Tagami 川为15.63%至53.13%。哺乳动物和两栖类在降雨后检出频率增高，而鱼类的检出频率在降雨期间降低，其原因在于降雨导致水体浑浊，滤膜堵塞使过滤体积减少，进而限制鱼类eDNA的捕获。然而，Tagami 川在持续降雨后检出的鱼类分类单元数增加，可能归因于沉积物再悬浮使底层鱼类eDNA释放到水体中。GLMM分析表明，河流流量对检出数具有显著负效应，而过滤体积对检出数具有显著正效应；降雨量、水温和pH对检出数无显著影响。在群落结构层面，三条河流的β多样性（βsor）平均值介于0.54至0.56之间，主要由周转组分（βsim）贡献。PCoA显示，在 Mizunashi 川和 Oka 川，降雨组与非降雨组未形成明显分离；而在 Tagami 川，两组样本呈现明显分离。环境拟合分析表明，流量、过滤体积和降雨是驱动群落结构变化的显著因子。PERMANOVA结果进一步显示，过滤体积在三条河流中对βsor均有显著影响，其中在 Tagami 川还对嵌套组分（βsne）有显著影响；降雨仅在 Tagami 川对βsor有显著影响，当控制过滤体积为1 L时，降雨对βsor的作用仍然显著。
讨论部分指出，降雨对物种检出的影响机制具有类群特异性。对鱼类而言，降雨的稀释效应和过滤体积减少共同降低了检出率；对两栖类而言，降雨后活动增强使eDNA释放量增加，这可能是其检出率升高的主要原因；对哺乳动物而言，地表径流将陆源eDNA输入河流是关键途径，但持续降雨的稀释效应可能抵消径流输入，导致不同河流中哺乳动物检出数的变化存在差异。在群落结构方面，过滤体积的变异可能掩盖降雨的影响，当过滤体积一致时，降雨使物种组成趋于同质化，可能与降雨后较低的水温和紫外线辐射有利于eDNA保存有关。此外，研究还发现降雨可能促进鸟类eDNA进入河流，但季节性群落更替仍是影响鸟类检出的主要因素。在方法学层面，研究人员指出本研究未设置野外空白、过滤空白和提取空白，建议未来研究在采样、过滤、提取、扩增和测序等关键环节增设阴性对照，以提高eDNA数据的可靠性。
研究结论表明，降雨后采集的河水样本可用于同时检测水生和陆生脊椎动物，降雨通过调节eDNA输入、稀释和再悬浮等过程对不同类群的检出能力产生差异化影响。尽管降雨事件可能降低总体检出效率，尤其是对鱼类，但同时能增强陆生和半水生物种的可检出性。过滤体积和物种特异性生态特征是影响检出结果的重要因素。因此，基于目标物种的生态特征优化采样设计，并采用多时间点采样策略以适应不同水文和气候条件，对于实现流域尺度生物多样性的全面评估至关重要。该研究为利用河流eDNA同步监测水生和陆生脊椎动物提供了实证支持，也为改进流域生物多样性监测方案提供了实践依据。
