《Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems》：Exploring the Geodiversity—Biodiversity Relationships in Freshwaters for Environmental Conservation: A Global Systematic Literature Review
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地质多样性（Geodiversity）指自然界中非生物特征的异质性，在淡水生态系统中，它主要反映内陆水体的水文-地貌特征多样性。尽管多位学者已强调地质多样性有助于栖息地形成并影响生物多样性（Biodiversity）和生态过程，但它在淡水生物保护研究中仍基本被
地质多样性（Geodiversity）指自然界中非生物特征的异质性，在淡水生态系统中，它主要反映内陆水体的水文-地貌特征多样性。尽管多位学者已强调地质多样性有助于栖息地形成并影响生物多样性（Biodiversity）和生态过程，但它在淡水生物保护研究中仍基本被忽视。本研究对考察淡水环境中地质多样性-生物多样性关系的科学出版物进行了系统综述，并采用文献计量分析（Bibliometric Analysis）。数据库检索共获取178篇文献，其中111篇初步认定与研究目标相关。分析显示，2016年后相关出版物显著增长，其中大量文章聚焦于地质公园等大尺度地理单元，旨在量化地质多样性以促进地质旅游（Geotourism）推广和地质保护（Geoconservation）。然而，仅有24篇生态学文章探讨了地质多样性与生物多样性的联系，研究对象尤以水生大型植物（Macrophytes）和底栖大型无脊椎动物（Benthic Macroinvertebrates）为主。大部分研究报告了地质多样性与生物多样性之间的正相关关系。地质多样性被归为四个非生物维度（地质学Geology、土壤学Paedology、地貌学Geomorphology和水文学Hydrology），而生物多样性则在不同的生态层次和维度上进行量化。研究人员识别出驱动地质多样性-生物多样性关系的六种关键生态机制，包括栖息地异质性（Habitat Heterogeneity）、栖息地创造（Habitat Creation）、水化学条件（Hydrochemical Conditions）、环境过滤（Environmental Filtering）、连通性/扩散（Connectivity/Dispersal）和生态系统韧性（Ecosystem Resilience），其中人为影响（Anthropogenic Influence）作为调节因子发挥作用。总体而言，本研究的发现强调有必要开展进一步研究，将地质多样性纳入水生生物多样性评估与管理，以支持地质与生物自然实体共同保护的整体性策略。
1 引言
近几十年来，自然环境经历了快速而前所未有的变化，导致生物多样性和地质多样性均显著退化。地质多样性是地球表面及地下非生物要素（即地质特征Geofeatures）的多样性，虽然与环境异质性、地形异质性或栖息地异质性等概念密切相关，但它代表了一个独特且更全面的框架，为理解生态系统的非生物基础提供了整体性视角。随着全球变化加速，生物多样性的恢复与长期保存已成为科学界面临的重大挑战。数十年来，生物多样性与单一非生物驱动因子或环境异质性某些方面的关系已被广泛记录，但将地质多样性作为非生物多样性整体表达并考察其与生物多样性关系的研究仍相对有限。地质多样性在维持生态完整性和为人类提供多种惠益方面发挥着关键作用：除促进经济增长和休闲娱乐外，它还通过提供必要的非生物资源和栖息地异质性来支持生物多样性。然而，尽管地质多样性在生态和社会层面均具有重要意义，但在以生物多样性为主要关注点的保护规划中，它获得的重视十分有限。因此，鉴于地质多样性和生物多样性共同构成地球的自然多样性，厘清如何认识和定义地质多样性对于保护它并推动其融入生态学研究至关重要。
地质多样性普遍定义的概念演进过程尤为复杂且仍在进行中。自洪堡（von Humboldt, 1769–1859）认识到非生物异质性与生物复杂性之间的联系以来，地质多样性概念首先经由几位科学家的工作得以浮现，他们考察了地貌多样性与生物多样性之间的关系。此后不久，地质多样性在《里约生物多样性公约》（Convention on Biological Diversity, CBD）和"保护自然的舞台"（Conserving Nature's Stage, CNS）框架中获得正式承认，两者均确认多样化的非生物环境能提升物种丰富度。目前最广为接受的定义由Gray (2013)提出：地质多样性指地质构造、土壤类型、地貌和水文特征以及影响景观形成与演化的地质结构和系统的多样性。在淡水生态系统中，地质多样性的定义更具挑战性。内陆水体的地质多样性通常指水文和地貌属性的变异性，如底质组成、水文动态和地貌结构。然而，在水生环境中，生物与非生物要素的边界可能重叠：河流地质多样性也可能包含生物来源的非生物组分，例如倒木、沉水原木及其他沿河道边缘的非生命有机物质。这些生物成因要素在老化脱落后不再作为活跃的生物实体发挥作用，而是作为河道地貌和水力流动的稳定物理调节因子存在，增强了淡水栖息地的结构复杂性和生态完整性。
本综述旨在评价现有研究在多大程度上探讨了内陆水体中地质多样性与生物多样性之间的生态关系，并识别淡水管理中的关键知识空白。为此，研究人员利用文献计量分析作为系统工具来审视文献的主题内容。此外，本工作特别关注地质多样性驱动因子以及影响生物多样性和生态系统响应的相关生态机制，并为未来研究方向提供建议，同时突出将地质多样性纳入淡水保护与管理战略的关键视角。
2 方法
2.1 文献检索与筛选
为调查全球关于淡水生态系统中地质多样性与生物多样性关系的科学产出，研究人员开展了概括性综述（Scoping Review）。概括性综述为系统性地描绘某一主题证据的广度、范围和性质提供了方法论途径，通常作为判断是否有必要进行系统综述的预备步骤。本研究遵循PRISMA-ScR（系统综述与Meta分析扩展的概括性综述优先报告条目）清单，以确保文献检索、筛选和纳入过程的方法学透明度和严谨性。
检索策略聚焦"地质多样性"这一独特概念，而环境异质性和栖息地复杂性等更宽泛的术语不在本综述目标范围内。文献数据于2026年5月从Scopus和Web of Science（WOS）检索获得。检索词通过布尔运算符（AND、OR、NEAR和AND NOT）及通配符组合使用。聚焦内陆及过渡水体的关键词包括geodiversity、freshwater、water、biodiversity、ecol*、stream*、river*、lake*、catchment*、wetland*、lagoon*、estuary*、delta*和coastal。严格海洋和远洋生态系统的研究被排除在外。检索返回Scopus记录145条、WOS记录80条。去重后保留178篇同行评审文章进一步筛选。经预设主题纳入标准筛选后，111篇文章具备进一步分析资格。
2.2 文献计量分析
文献计量分析使用Biblioshiny进行，这是一个基于Bibliometrix R包的开源网络界面，有助于对科学文献开展高级定量分析。Biblioshiny能对三种核心知识结构进行三角化分析：概念结构（通过共词和主题地图探索）、知识结构（通过引文和共引网络分析）以及社会结构（通过合作网络分析）。本研究进行了以下分析：文献概览、国家科学产出地图、年度科学产出以及关键词主题演变。随后，所选文章根据主题焦点进行分类，包括空间尺度、栖息地类型和地质多样性识别方法。
2.3 地质多样性-生物多样性关系分析框架
对每项研究提取了分析空间尺度、栖息地类型和目标生物类群的信息，同时记录了与生物多样性指标相关联的地质多样性组分以及提出的生态机制。所得数据集随后用于辨识文献中重复出现的地质多样性-机制-生物多样性模式，以及地质多样性对生物多样性影响的方向性。为便于跨研究综合和比较，被报告为生物多样性格局显著驱动因子的地质多样性组分被归入四个大类：地质学、土壤学、地貌学和水文学。同样，解释地质多样性-生物多样性关系的生态机制被统一归为六大类：栖息地异质性、栖息地创造、水化学条件、环境过滤、连通性与扩散、生态系统韧性，并额外记录人为影响作为调节生态机制的胁迫因子。
3 结果
3.1 内陆水体地质多样性研究的分布、趋势与主题焦点
共计178篇文章由来自43个国家的403位研究人员撰写。科学产出最高的国家为芬兰和德国，其次为巴西、意大利、西班牙和中国。最早涉及水生生态系统地质多样性的出版物出现于2001年。此后，研究产出稳步增长，年均增长率为5.70%，文献平均年龄6.35年，共识别出417个唯一关键词。2016年后科学产出显著增长，标志着学界对内陆水体地质多样性概念的关注进入深化阶段。关键词分析揭示的主题演变显示：2012–2017年间，主导主题与河流地貌学相关；2017–2019年间，研究焦点逐渐转向更广泛的生态维度；2019–2023年间，学术兴趣扩展至地质多样性、地质遗产（Geoheritage）和地质保护概念；2020–2025年的最新文献中，地质多样性日益与地质公园和地质旅游推广相关联，同时现代GIS方法得到更广泛应用。就栖息地类型而言，河流环境研究最常见（42篇），19篇关注湖泊、湿地和沿海潟湖。空间尺度以局地和景观层面为主（各32篇）。在地质多样性识别方法方面，遥感和GIS方法使用最频繁（38篇），实地数据用于18项研究，28篇文章采用综合方法。
3.2 具有生态主题的内陆水体地质多样性研究
在111篇综述文章中，24篇考察了地质多样性对生物多样性、生态系统功能或生态系统服务的影响，讨论了相关生态机制并记录了效应方向。其中18篇文章明确聚焦内陆水体，6篇在包含内陆水体的更广泛地理区域内考察地质多样性-生物多样性关系。生物研究对象涵盖水生植物、底栖硅藻、大型无脊椎动物和鱼类等多个生物类群。总体而言，大多数研究报告了地质多样性与生物多样性之间的正相关关系，负相关关系仅偶尔被报告。地貌学是被报告频率最高的地质多样性驱动因子，栖息地异质性是地貌变异与生物多样性联系的主要机制；水文学也对栖息地异质性有显著贡献。地质学和土壤学主要通过栖息地异质性影响生物多样性，同时影响水生环境的水化学条件。物种丰富度和α多样性是被评估最多的生物多样性组分，栖息地异质性是最常与物种丰富度关联的生态机制。
4 讨论
4.1 地质多样性与生物多样性之间的联系
地质多样性研究方法论的主题演变显示：研究从河流地貌学和单一非生物-生物相互作用向更广泛的生态和保护层面转变，包括生物多样性、地质遗产和地质保护。虽然涉及后者的发表研究数量有限且主要聚焦陆地环境，但现有证据主要突出地质多样性对生物多样性格局和水生生态系统功能的正向效应。来自北欧的文章数量日益增多，探索了地质多样性指标在局地和流域尺度淡水生物多样性评估中的潜在用途，并强调地质多样性是淡水环境中生物多样性格局和生态异质性的基础决定因素。在明确考察内陆水体地质多样性-生物多样性联系的文章中，大多数聚焦于物种丰富度或α多样性，而明显较少研究探讨生物多样性的多维层面（即分类、功能和系统发育多样性）。虽然传统非生物因子常被报告为生物多样性格局的最强预测因子，但地质多样性变量始终通过直接和间接生态路径贡献了额外的解释力。
4.2 连接地质多样性与生物多样性的生态机制
4.2.1 地质多样性与不同维度生物丰富度的关系
现有文献表明，所有主要地质多样性组分均可通过跨局地和区域尺度的多种生态机制和过程影响物种丰富度。栖息地异质性作为与物种丰富度关联的主要生态机制，主要与地貌学相关，但也受水文学强烈影响。地貌学通过增加资源、庇护所和生态位的可用性而成为栖息地创造的重要驱动因子，对生态系统韧性产生积极影响。地质和土壤组分不仅通过增加环境异质性，还通过影响水质来影响生物多样性。水化学变异性代表了间接影响生物多样性的重要机制，主要由水文条件结合地质和土壤特征驱动。这些直接和间接机制共同阐释了地质多样性如何促进多样化生物群落的维持，包括特有和受威胁类群。
4.2.2 超越物种丰富度：将生物多样性多重层次纳入地质多样性评估
淡水生态系统在不同尺度上承载着多维生物多样性，理解环境异质性如何超越物种丰富度影响这些复杂格局，对于阐明控制物种分布和生态系统功能的因素至关重要。部分学者已采纳这一概念视角，将地质多样性与β生物多样性及对β多样性的局地贡献（Local Contribution to Beta Diversity, LCBD）联系起来，强调其在物种周转、群落独特性和组成分化中的作用。基于有限的现有证据，地质多样性似乎对β多样性和LCBD的变异有所贡献，观察到的模式与多种地质多样性组分（尤其是地貌学）相关，主要通过栖息地异质性、环境过滤和连通性/扩散过程介导。
4.2.3 地质多样性对生态系统功能的影响
地质多样性是自然资本的基本组成部分，对生态系统的功能、稳定性和长期维持具有贡献。近期证据突显了地质多样性在驱动生态过程中的关键作用，同时其向人类福祉提供多重惠益的重要性也得到认可。生态系统指标（生态质量、初级生产和生态系统服务）主要与栖息地异质性、栖息地创造和生态系统韧性相关联，这些机制主要归因于地质多样性的地貌层面。现有文献表现出明显的流水系统偏向，目前尚无证据表明地质多样性如何影响静水或过渡水体中的生态系统功能。
4.2.4 地质多样性-生物多样性的负关联与人为影响
除地质多样性对内陆水体生物多样性和生态系统指标主要呈现的正效应外，部分案例中也记录了负关联。现有研究同时表明，人为影响对地质多样性产生不利影响，进而影响生物指标。物种丰富度可能因景观破碎化而降低，而不稳定的地球物理条件可能阻碍物种分布。此外，传统环境变量的压倒性效应可能在这些负向模式中扮演重要角色。人为压力削弱地质多样性，继而对生物多样性、生态质量、生态系统功能和生态系统服务造成连锁负面影响。这些结果界定了地质多样性-生物多样性关系的边界条件，表明正相关关系主要在低至中度人为干扰或栖息地隔离条件下成立。
4.3 地质多样性在生物多样性保护中的作用：迈向综合保护框架
淡水生态系统的地质多样性主要在过去十年间才成为关注和量化的对象。尽管该领域的科学兴趣稳步增长，但现有文献仍然有限且地理分布集中于特定区域或生态系统类型。现有发表物中有很大部分聚焦于地质遗产、地质保护和地质旅游推广，反映了对地质多样性文化教育价值的重视超过其生态维度。当前研究采用高度异质的方法学，从基于GIS和遥感的指标到实地测量或定性评估，限制了研究间的可比性和更广泛应用。现有文献强调地质多样性在塑造淡水生态系统结构和功能中的关键作用，将河流内部地质多样性参数纳入生态研究已被证明可改善栖息地复杂性评估，同时为推进保护行动提供了成本效益高且实用的工具。在此背景下，"全多样性"（Omnidiversity）方法构成了地质多样性与生物多样性可被联合操作化以支持地质保护的显著范例。地质多样性研究（尤其在局地尺度）应迈向功能化，通过确定地质特征性状（Geofeature Traits）作为地质特征的可测量属性，这相当于功能多样性和物种性状的概念。最终，认识到这些联系突显了将地质多样性纳入生态和保护规划的重要性，从而促进对淡水生态系统动态的整体性理解，并支持建立更稳健、可持续的环境策略。
