自然径流驱动的以环境微生物为指标的流域生物信息流量化特征

摘要: 物质流、能量流、信息流是生态系统过程研究中的三大主题。流域是生态系统的一个基本单元，流域信息流理应是流域生态学研究的核心主题之一，然而截至目前尚未对其有系统的研究。为了推动流域信息流研究，本文从生物信息流切入，提出了“流域生物信息流”概念，将其定义为“生物信息依托于流域生态系统过程在不同空间和系统之间进行传递、交流、作用、反馈的路径、过程与控制”，并将其研究内容明确为主要关注于水陆间、干支流间、上下游间、不同生态斑块间的流域生物信息流及其周期性节律和趋势性变迁，以及地貌、水文、人类活动等对这些生物信息流的影响等。本文以青海湖重要入湖河流——沙柳河的河流水体微生物和岸带土壤微生物为研究对象，利用环境DNA技术，对沙柳河流域的自然径流驱动的流域生物信息流进行量化研究。结果表明（1）岸带土壤到水体的流域生物信息流由地表表面流和地下潜流驱动，并受环境过滤效应影响，水体上游到下游的流域生物信息流由河川径流驱动，并受衰减效应影响；（2）由岸带土壤到水体的流域生物信息流输移效率降雨天约为62.76%、晴天约为44.16%，其中输移能力降雨天约为68.49%、晴天约为56.82%，环境过滤效应降雨天约为8.38%、晴天约为22.28%；（3）由河流上游到下游的流域生物信息流的基础综合输移效率约为80.30%，其中径流输移能力约为99.32%每千米，无效流域生物信息流占比约为37.42%，无效流域生物信息流的半衰距离约为12.43千米；（4）流域生物信息流输移效率主要受输移能力所约束，降雨通过增加地表表面流和地下潜流的冲蚀和搬运能力，促使岸带土壤到水体的流域生物信息流输移能力和输移效率增大；（5）流域生物信息流的输入在一定程度上增加了输入地的可检出生物多样性，但这种增加对于流水水生态来讲是非累积的。