全球淡水鱼类生物多样性受人类活动影响的综合评估

作者及发表信息
本研究由Guohuan Su（第一作者，法国图卢兹第三大学EDB实验室）、Maxime Logez（法国INRAE）、Jun Xu（中国科学院水生生物研究所）、Shengli Tao、Sébastien Villéger和Sébastien Brosse（共同通讯作者）合作完成，发表于2021年2月19日的《Science》期刊（卷371，期6531，页码835-838）。

学术背景
淡水鱼类占全球脊椎动物物种的四分之一，为人类提供不可替代的生态服务（如营养循环、食物资源）和文化价值。然而，人类活动（如筑坝、引种非本地物种、污染）正深刻改变淡水生态系统。以往研究多关注单一生物多样性维度（如物种丰富度），而忽略功能多样性（functional diversity）和系统发育多样性（phylogenetic diversity）的协同变化。为此，本研究提出“生物多样性多维度累积变化指数”（CCBF, Cumulative Change in Biodiversity Facets），首次在全球尺度量化了淡水鱼类六个生物多样性维度的变化（分类、功能、系统发育的本地丰富度及区域差异度），覆盖2456个河流流域（占全球大陆面积的40.2%）。

研究流程与方法
1. 数据收集与处理
- 研究对象：全球2456个河流流域的14,000余种淡水鱼类（占全球淡水鱼类总数的80%），整合了历史与现代分布数据。
- 生物多样性维度：
- 分类多样性（Taxonomic richness）：物种数量。
- 功能多样性（Functional richness）：基于形态、食性等性状的功能群组成。
- 系统发育多样性（Phylogenetic richness）：物种演化历史的独特性。
- 区域差异度（Dissimilarity）：比较流域间上述三者的差异。

1. CCBF指数构建

   • 通过计算六个维度的变化比值（当前值/历史值），综合为0-12分的指数：
     
     • 分值>6表示超过半数维度发生显著变化（如功能同质化或系统发育独特性的丧失）。
       
   • 采用自回归模型分析驱动因素（如河流破碎化指数Dof、人类足迹指数Fpt）。
     

2. 驱动因素分析

   • 量化八类人类活动影响（如筑坝、农业用水、非本地物种引入），结合气候与地理变量（如净初级生产力NPP）。
     

主要结果
1. 生物多样性变化的全球格局
- 高变化流域：52.8%的河流（占全球河长的37.3%）CCBF>6，温带地区（如密西西比河、多瑙河）变化最显著（CCBF=8.6±0.1），主因是筑坝和非本地物种引入。
- 低变化流域：仅13.4%的河流（如亚马逊河、刚果河）保持原始状态，多分布于非洲热带和澳大利亚。

1. 多维度变化的矛盾现象

   • 本地丰富度增加：>50%的河流因非本地物种引入，物种数、功能性状和系统发育多样性均上升（图3a-c）。
     
   • 区域同质化加剧：84.6%的河流功能相似性升高（图3e），而系统发育差异度因外来物种的远缘演化史部分保留（如欧洲引入的虹鳟Oncorhynchus mykiss）。
     

2. 驱动机制差异

   • 温带河流：破碎化（Dof）和GDP是主要驱动（图2c）。
     
   • 热带河流：人类足迹（Fpt）影响较弱，但新建水坝（如湄公河）构成潜在威胁。
     

结论与意义
1. 科学价值
- 揭示淡水生物多样性变化的复杂性：单一维度（如物种数）无法全面反映生态影响，功能同质化可能掩盖生态系统服务退化。
- 提出CCBF指数为全球保护优先区规划提供新工具，尤其适用于多胁迫因子协同作用的评估。

1. 应用价值
   
   • 呼吁调整保护目标：当前仅13.4%的“低影响”河流远低于2030年保护30%地球表面的国际倡议，需重视已退化流域的恢复。
     
   • 警示热带大型河流：尽管目前受影响较小，但规划中的水坝（如刚果河）可能引发类似温带的生物多样性危机。
     

研究亮点
1. 方法创新：首次整合六维度生物多样性指标，克服传统评估的片面性。
2. 全球尺度：覆盖80%淡水鱼类物种，数据量远超既往研究（如Tedesco et al., 2017）。
3. 矛盾发现：物种丰富度增加与功能同质化并存，挑战“生物多样性丧失”的单一认知框架。

补充说明
研究数据公开于FigShare（DOI:10.6084/m9.figshare.13383170），模型代码使用R语言开发，可供复现与拓展分析。