Networks and ordination analyses reveal the stream community structures of fish, macroinvertebrate and benthic algae, and their responses to nutrient enrichment

　　由于受到水污染、生境破坏、水文节律改变、过度捕捞和外来物种入侵等人为活动扰动，河流成为了受人为活动扰动影响最剧烈的生态系统。从流域尺度上，自然要素和人为活动的叠加效应对不同类群水生生物的影响研究及其相关理论还较少。2009年5月-2010年5月期间，本研究通过在浑太河流域开展物理、化学、水文和生物综合监测，获取了全流域范围内不同压力梯度下共计281个监测样点的综合监测数据。通过综合运用除趋势对应分析（CCA）和网络分析（Network analysis），揭示了鱼类、大型底栖动物和附石性藻类在营养盐梯度和多重环境要素梯度下的群落结构演变特征。研究结果表明生境质量、海拔梯度、水深、河宽、溶氧、电导率、总氮、总磷和氮磷化学计量比是影响三个水生生物类群的主要环节要素。与浑太河长期以来受到严重的有机污染的历史研究相比，富营养化目前已经成为影响浑太河流域水生态系统的主导因素，CCA分析指出氮、磷及氮磷化学计量比（其中磷为主导因子）成为影响鱼类、大型底栖动物和附石性硅藻的共性指标。鱼类群落特征主要受到水文地貌特征和营养盐因子的影响，而底栖动物和附石性藻类则主要受到地貌、水化学和营养盐的影响。网络分析是首次用于水生态系统监测数据的分析，通过网络分析技术能够清晰的揭示种间的联系以及在物种层面其如何与营养盐形成联系。通过计算生物群落-环境要素的网络结构的相关拓扑性参数，对比鱼类群落的网络结构而言，底栖动物和附石性藻类的群落结构网络显示出更高的网络集中度、网络异质性和临近因素连接度，这些指数通常用于指示物种间更多的种间联系和更加稳定的群落结构。通过网络分析表明鱼类群落中清徐胡鮈（Huigobio chinssuensis）、北方花鳅（Cobitis granoei）和褐栉鰕虎鱼（Ctenogobius brunneus）是影响鱼类群落稳定性的核心物种，粗腹摇蚊亚科（Tanypodiinae）、高翔蜉（Epeorus）和小蜉（Ephemerella）是底栖动物群落中的关键种，而硅藻属（Diatom）、脆杆藻属（Fragilaria）、曲壳藻属（Achnanthes）、舟形藻属（Navicula）、桥弯藻属（Cymbella）和菱形藻属（Nitzschia）是附石性硅藻群落中的关键物种。鱼类物种普遍与氮磷化学计量比存在正相关关系，仅有少数鱼类物种与营养盐及氮磷化学计量比指标存在负相关关系。相对于鱼类群落网络结构，底栖动物和附石性硅藻物种与营养盐浓度及氮磷化学计量比普遍为负相关关系，同时硅藻群落的物种之间普遍存在正相关关系。本研究为河流富营养化监控的生物指示物种筛选提供了新的技术方法，本研究也提供了一种全新的方法进行河流生态系统多类群水生生物的综合分析。其中网络分析技术也为我们深入了解生态系统中不同物种的种间联系以及他们与环境要素的独立关系提供了一种全新的视角。