南水北调中线水源地河流人类干扰对藻类多样性格局的影响及驱动机制

The ecological safety of rivers in the source region of the Middle Route of South-North Water Diversion Project (MRDP) is highly important to the water quality and ecosystem health of the MRDP. However, the environmental pollution, damage and a decreasing environmental heterogeneity caused by anthropogenic disturbance are seriously affecting the biodiversity and ecological security of rivers in the water source region. At present, the knowledge about key processes and mechanisms linked to human-induced intervention driving the loss of river biodiversity are still limited, especially for the algae. In this research, we address this issue by choosing five rivers representing different levels of anthropogenic disturbances, located in the source region of the MRDP, as one-case study. The aims of this study focus mainly on the impacts of anthropogenic disturbances on taxonomic diversity (alpha, beta and gamma) of phytoplankton and periphyton in these rivers. Based on the investigation of environmental parameters, anthropogenic disturbance factors, phytoplankton and periphyton diversity with different anthropogenic disturbance gradient, the intrinsic and quantitative relationship between key environmental variables and spatial factors and biodiversity patterns of phytoplankton and periphyton are analyzed, and the influence and mechanism of environmental changes driven by anthropogenic disturbance on algae biodiversity pattern was revealed. The results of this study will provide a scientific basis for the management and protection of rivers in the water source region of the MRDP, and provide new ideas for a wider range of river health assessment.

南水北调中线水源地河流的生态安全对中线工程的水质与生态系统健康具有重要的意义，然而人类干扰所引起的环境污染、环境破坏和环境异质性降低等问题正在严重影响水源地河流的生物多样性和生态安全。目前对由人类干扰驱动水源地河流生物多样性下降的关键过程和机制的认识仍然十分有限，特别是对藻类。本研究选择南水北调中线水源地的代表性河流，以浮游藻类和附着藻类为研究对象，系统开展人类干扰对藻类物种多样性格局(alpha、beta和gamma)影响的研究。在对5条人类干扰背景不同河流的环境参数、人类干扰因子、浮游藻类和附着藻类多样性调查的基础上，解析藻类多样性格局与关键环境参数和空间因素的内在联系及定量关系，揭示由人类干扰驱动的环境变化对藻类多样性格局的影响及作用机制。研究结果可为南水北调中线水源地河流的管理和保护提供科学依据，同时为更大范围的河流健康评价提供新的思路。

日益频繁的人类活动影响着河流生态系统的方方面面，尤其是深刻的改变了河流生物多样性的格局。藻类作为河流食物网中核心的初级生产者，对由人类干扰驱动其生物多样性格局变化及机制的认识仍然不足。本研究以浮游藻类和附着藻类为研究对象，系统开展人类干扰对藻类物种多样性格局影响的研究。研究结果表明，（1）汉江上游5条典型支流的浮游藻类和附着藻类种类组成均以硅藻为主要优势类群，绿藻门和蓝藻门的种类也占有一定的比例，浮游藻类alpha多样性总体表现为冬季最低，秋季最高；而附着藻类alpha多样性总体表现为春季最低，夏季最高。（2）人类干扰对水源地河流的浮游藻类和附着藻类群落结构和完整性等具有较大的影响，基于附着藻类或浮游藻类相关参数构建的生物完整性指数能够很好的表征人类干扰的强度。（3）在较大的空间尺度上河流连通性总是很低，局域变量对所有河流中浮游藻类beta多样性变化的解释度最大，表明在相对较小的空间尺度上主要由环境过滤驱动浮游藻类的多样性变化。然而，这种作用会因人类干扰，特别是采砂活动而减弱。原始的或人类干扰较小的河流中，环境条件和浮游藻类群落结构的同质性最高。人类干扰，特别是采砂，造成生境破碎化和阻碍河流连通性，大大增加了各个样点之间的环境异质性和物种差异性。（4）通过对水沙调度这一剧烈的人类干扰对库区干流和支流的浮游藻类群落的alpha和beta多样性及其分解组分的影响分析，揭示水沙调度过程在加速支流中浮游藻类群落的周转率方面发挥了关键作用。水沙调度过程导致了支流中浮游藻类群落的分化，促进了干流和支流之间浮游藻类群落的混合，以及减少了支流的生物量，从而降低支流在雨季暴发浮游藻类水华的风险。因此，除了减少泥沙淤积，水沙调度可以作为一种降低水华风险的方法。本研究从不同的角度探索了人类干扰对藻类多样性格局的影响，一方面为河流的管理和保护提供科学参考，另一方面为更大范围的河流健康评价提供新的思路。