城市污染特征与环境过滤对半干旱河流底栖大型无脊椎动物沿非生物梯度的影响——以博茨瓦纳Segoditshane河为例

《Environmental Challenges》：Urban pollution signatures and environmental filtering of benthic macroinvertebrates along abiotic gradients in a semi-arid river in botswana

　　

城市化是淡水生态系统退化的主要驱动因素，但城市化对半干旱非洲河流的生态影响仍缺乏记录。研究人员调查了城市污染特征对博茨瓦纳Segoditshane河理化条件和底栖大型无脊椎动物群落的影响。研究人员在代表河流上游、中游和下游的三个站点对理化参数和大型无脊椎动物进行了采样。使用多样性指数、改良南非评分系统（SASS5）、功能摄食群分析和典范对应分析（CCA）评估群落结构。若干理化变量存在显著空间变化，包括pH、溶解氧、电导率、流速、水深、氨氮和磷酸盐浓度（p < 0.05）。溶解氧从上游的7.58 ± 0.09 mg L^-1下降到下游的约5 mg L^-1，而电导率在下游显著升高，表明城市影响增强。共采集到1238个大型无脊椎动物，隶属16科和5个昆虫目。大型无脊椎动物丰度从上游的718个个体显著减少到下游的仅84个个体。群落组成从耐污类群（尤其是摇蚊科Chironomidae和蚊科Culicidae）占优势，转变为含有相对敏感类群（如蜉蝣科Baetidae和蚋科Simuliidae）的组合。分类丰富度、香农多样性、辛普森多样性、均匀度和ASPT值在中游站点最高，表明该位点相对于其他位点具有更好的生态状况。典范对应分析显示，溶解氧、pH、氨氮、电导率、营养盐、流速和水深是群落结构的主要环境驱动因子，前两个典范轴解释了物种-环境关系的97.82%。结果表明，城市来源的理化梯度作为强烈的环境过滤器，沿河流连续体重塑了大型无脊椎动物群落并改变了生态状况。该研究强调了底栖大型无脊椎动物作为河流健康指标的实用性，并为半干旱非洲环境中城市河流的管理和保护提供了重要的基线信息。

城市化是淡水生态系统退化的主要驱动因素之一，但半干旱非洲城市河流的生态影响研究仍十分有限。博茨瓦纳首都哈博罗内的Segoditshane河是典型的半干旱城市河流，接收来自居住、商业、交通和工业用地的径流，然而城市污染如何通过改变非生物条件影响底栖大型无脊椎动物群落尚不清楚。为此，研究人员以环境过滤理论为框架，提出假设：城市影响产生溶解氧下降、电导率升高、营养盐富集及水文条件改变等非生物梯度，这些梯度作为环境过滤器，将排斥敏感类群（尤其是蜉蝣目、襀翅目、毛翅目，EPT）而促进耐污类群。该研究旨在刻画理化条件空间变化，评估群落结构，并通过典范对应分析（CCA）识别主要环境驱动因子。

研究人员于2026年2月至5月沿Segoditshane河设置上游（S1）、中游（S2）、下游（S3）三个固定站点，每月采样共4次。现场使用多参数水质仪测定温度、pH、溶解氧（DO）、电导率（EC），并测量流速和水深；水样带回实验室分析氨氮（NH?-N）、硝酸盐（NO??）、磷酸盐（PO?3?）、五日生化需氧量（BOD?）、化学需氧量（COD）和总溶解固体（TDS）。大型无脊椎动物用d形踢网（500 μm）采集，多栖息地合并为复合样本，鉴定至科，并计算物种丰富度、香农多样性（H′）、辛普森多样性（1?D）、均匀度（J′）等指标，同时应用改良南非评分系统（SASS5）和功能摄食群分类。样本来源于该河段三个固定站点，统计上采用Friedman检验（月份为区组）评估空间差异，CCA用于分析群落与环境梯度的关联。

3.1 理化特征：通过Friedman检验发现，pH、DO、EC、流速、水深、氨氮、磷酸盐、硝酸盐、BOD、COD、TDS均有显著空间差异（p < 0.05）。DO从上游的7.59 mg L^-1降至下游约4.95 mg L^-1；EC从上游734 μS cm^-1升至下游952 μS cm^-1；流速和水深向下游递增；BOD、COD和TDS也同步升高，表明城市影响沿河流增强。

3.2 城市压力特征：通过半定量评估，S1、S2、S3的估计城市压力评分分别为3、8、9，不透水表面覆盖率和排水连通性也从上游至下游增加，与理化梯度变化趋势一致。

3.3 大型无脊椎动物群落组成：共采集到1238个个体，隶属16科5个昆虫目。丰度从上游718个降至下游84个。上游以摇蚊科（Chironomidae）和蚊科（Culicidae）等耐污类群为主；中游站点拥有最高家族丰富度（11科）、Shannon多样性（H′=2.265）、Simpson多样性（0.886）和ASPT（4.83），表明生态状况