图1采样点(n = 88)在集水区的空间分布位置，(a)大型无脊椎动物丰富度；(b) 硅藻丰富度；(c) 细菌丰富度；(d) 地貌丰富度；(e) 土壤类型的丰富度；(f) 岩石类型的丰富度。
Fig.1Study sites (n = 88) and the distribution of macroinvertebrate richness (a), diatom richness (b) and bacterial richness (c). Below, mean of geomorphological richness (d), soil-types richness (e) and rock-type richness (f) are mapped in catchment areas corresponding the studied streams.
中文摘要
研究背景：保护地球表面生物环境的变异性(即地理环境多样性，geodiversity)是维持生物群落弹性(恢复力)的一种途径。在陆地环境中，地理环境多样性与生物多样性之间的关系已得到较好地认识。在流域中，河流的生态群落受上游的非生物特性影响，但集水区的地理环境多样性与水生生物多样性之间的关系尚未得到论证。
研究目标：本文目的是比较局地环境和流域变量对河流生物多样性的影响。我们特别地探讨了流域地理环境多样性对解释河流大型无脊椎动物、硅藻和细菌多样性的作用。
方法：我们采用3个地理环境多样性变量、2个土地利用变量和4个本地生境变量，分析芬兰西部88个河流站点物种的丰富度变化。我们使用提升回归树模型 (boosted regression trees) 探索了地理环境多样性与其他变量对生物多样性的影响。
结果：尽管局地生境及土地利用的变量曾被认为是预测物种多样性的最有效的指标，然而我们也发现河流地理环境多样性对物种丰富度的影响显着。尤其土壤类型的多样性是影响物种多样性的一个重要因素。与此同时，河流规模对大型无脊椎动物的影响最大，一定程度上影响了细菌的丰富度，水化学和土地利用也对硅藻丰富度的影响显着。
结论：除传统的环境变量外，地理环境多样性可能通过如改变水体化学性质的方式影响河流物种丰富度的变化。地理环境多样性的信息可以作为预测河流物种丰富度的一个指标，并为保育工作提供一个辅助工具。
Title
Does catchment geodiversity foster stream biodiversity?
Abstract
ContextOne approach to maintain the resilience of biotic communities is to protect the variability of abiotic characteristics of Earth’s surface, i.e. geodiversity. In terrestrial environments, the relationship between geodiversity and biodiversity is well recognized. In streams, the abiotic properties of upstream catchments influence stream communities, but the relationships between catchment geodiversity and aquatic biodiversity have not been previously tested.
ObjectivesThe aim was to compare the effects of local environmental and catchment variables on stream biodiversity. We specifically explored the usefulness of catchment geodiversity in explaining the species richness on stream macroinvertebrate, diatom and bacterial communities.
MethodsWe used 3 geodiversity variables, 2 land use variables and 4 local habitat variables to examine species richness variation across 88 stream sites in western Finland. We used boosted regression trees to explore the effects of geodiversity and other variables on biodiversity.
ResultsWe detected a clear effect of catchment geodiversity on species richness, although the traditional local habitat and land use variables were the strongest predictors. Especially soil-type richness appeared as an important factor for species richness. While variables related to stream size were the most important for macroinvertebrate richness and partly for bacterial richness, the importance of water chemistry and land use for diatom richness was notable.
ConclusionsIn addition to traditional environmental variables, geodiversity may affect species richness variation in streams, for example through changes in water chemistry. Geodiversity information could be used as a proxy for predicting stream species richness and offers a supplementary tool for conservation efforts.
编者评
自然生态系统的退化是全球环境变化的重要后果，其根本原因是生物多样性的丧失。以往的研究主要聚焦于陆地和海洋生态系统的生物多样性保护，忽略了淡水生态系统生物多样性的重要性。据研究统计，淡水生态系统虽然只占地球表面0.8%，但生物种类却可达地球物种总量的6%。然而，由于环境污染，物种侵入，水坝建立以及栖息地的改变，淡水生态系统的生物多样性损失量显着高于陆地生态系统。因此，开展淡水生态系统的生物多样性保护迫在眉睫，而其前提则是理解淡水生物多样性与环境因素之间的内在作用机制，科学合理的划分流域保护区等级，确定生物多样性优先保护区。
文章以芬兰西部21条主要河流为例，基于提升回归树模型 (boosted regression trees)，比较了地理环境多样性(地貌、土壤、岩性的多样性)、土地覆被类型(农业用地、建设用地)以及生境条件(河流深度、宽度、PH值、水流速度)对河流大型无脊椎动物、硅藻及细菌物种多样性的影响。研究表明，流域内的大型无脊椎动物、硅藻以及细菌的多样性不仅受生境条件和土地覆被的影响，地理环境多样性也是重要影响因素，尤其是土壤种类的多样性。如硅藻种群的丰富度受流域周围土壤种类多样性的正向影响，通过径流形成过程将大量土壤中的化学元素被冲刷至河流内，增加水体的化学物质溶解量，进而为动植物生长提供相对丰富的物质供给。因此，依据土地覆被、生境环境以及地理环境多样性情况，可以预估流域尺度的淡水生态系统的生物多样性。通常而言，地理环境多样性越高，物种应对环境变化的弹性(恢复力)越好，如流域土壤类型越复杂的区域，该段的河流生物相比于那些同质的流域能获得更好的资源来应对全球变暖对其造成的影响。因此，该研究的重要应用价值在于通过地理环境多样性判别流域生物保育区等级，划分流域优先保育区，限制流域的生态脆弱区的人类活动，为淡水区域的生物多样性保护和管理提供科学依据。
原文信息:
Kärnä OM, Heino J, Laamanen T, Jyrkänkallio-Mikkola J, Pajunen V, Soininen J, Tolonen KT, Tukiainen H, Hjort J (). Does catchment geodiversity foster stream biodiversity? Landscape Ecology. Sep 14:1-7.
原文链接:
/article/10.1007/s10980-019-00901-z
本期编辑
卞鸿雁 讲师
西南大学 地理科学学院
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