环境DNA揭示涵洞工程对鲑鱼的生态影响

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在环境工程施工中，如何可以更好地保护野生动植物的栖息地，以减少涵洞工程等基础设施项目对生态系统的负面影响？如何确保涵洞更换在施工对关键管理物种产生最小影响的情况下进行？

近日，“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到一则来自华盛顿大学的最新的国际研究动态，所用的方法是使用线性混合效应模型来揭示eDNA浓度随时间的变化模式，从而估算对于水生迁徙物种的环境影响。海湿小编将其分享如下，供我国搞生态工程的机构、科研机构、施工单位、环评单位和感兴趣的专家读者们参考。

上图：该研究的共同作者艾琳·达格内斯（Erin D’Agnese）和玛雅·加伯-杨兹（Maya Garber-Yonts）（从左至右）在2021年4月在查克纳特溪的一个涵洞上游进行采样。蓝色背包中装有一台泵，通过黄色管道将溪流水吸入，以过滤材料进行DNA分析。摄影：伊丽莎白·安德鲁斯克维奇·艾伦/华盛顿大学。

环境DNA（eDNA）测序，也被戏称为“大自然的基因密码解读”，为我们提供了一种强大而实用的工具，能够在项目开展中对环境影响进行深入分析。它允许我们从土壤、水源和大气中采集并扩增多种生物的遗传信息，就像是在大自然中找到了秘密通道，以更好地了解我们的自然世界。这个方法越来越流行，因为它确实行之有效。

根据2023年10月19日华盛顿大学官网报道，美国华盛顿州政府为帮助濒危的鲑鱼种群，根据法律规定，必须替换数百个将小溪引导至道路下的涵洞。这一长达17年、总花费38亿美元的规模庞大工程由该州交通部负责，旨在提供更平缓的坡度和更温和的水流，以帮助鲑鱼更容易上游到达产卵地。但是，这些工程在提升鱼类通行方面的效果如何，一直是备受关注的问题。

为解答这一问题，华盛顿大学和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的研究团队展开了一项基于遗传学的研究。他们着眼于斯巴林纳市附近的两个涵洞更换项目，这些项目在2021年至2022年期间进行。事后的监测显示，其中一个项目，位于Interstate-5（I-5）下的涵洞，产生了显著的影响，而另一涵洞对鱼类通行的影响似乎较小，施工过程未对鱼类种群产生干扰。

这项研究成果将在未来的《环境应用》杂志上发表，它为科学界和环境管理者提供了有关如何使用环境DNA（eDNA）监测鱼类通行的新视角。环境DNA是指在环境中漂浮的DNA片段，如鳞片、粪便、毛发或其他物质，它们可以帮助研究人员检测附近的物种，而无需依赖传统的视觉计数、摄像机或捕获设备。

在这项研究中，研究人员没有捕捉或计数一条鱼，而是在涵洞施工前、施工期间和施工后的2021年3月~2022年12月期间，每个月在涵洞上游和下游的位置收集水样。然后，他们将这些水样带回实验室，对其中的DNA片段进行测序，以确定存在的鲑鱼物种的类型和数量。

此研究强调了eDNA技术在环境影响报告中的潜在应用，为管理涵洞更换等环境干预提供了新的、非侵入性的监测方法。不同于传统方法，如捕鱼和视觉观察，环境DNA技术可更高效、可重复和可扩展，为环境监测提供了一种更为便捷的方式。

该研究重点关注了Padden Creek，这是一条长约3英里，从Padden Lake流入斯巴林纳湾的小溪。两个施工项目分别是I-5下的大规模涵洞升级工程以及位于州11号公路下的较小涵洞更换项目，即Old Fairhaven Parkway。研究结果显示，对于红喉鳟（cutthroat trout）、马哈鱼（coho salmon）、虹鳟（rainbow trout）和红鲑鱼（sockeye salmon）等四个关注的物种，大规模升级项目取得了明显的改善。而对于较小的涵洞更换项目，鳟鱼和鲑鱼的DNA在施工前后保持相似水平，这表明老涵洞对这些鱼类通行来说可能并不是一大障碍。

研究人员强调，这一发现强调了并非所有被标记为鱼类通行障碍的结构都会对鱼类产生显著的影响。未来，DNA采样可能成为涵洞更换项目优先级排序过程的一部分，以更准确地评估其对鱼类通行的影响。

考虑到在美国华盛顿州进行的数十亿美元的法庭规定的道路涵洞更换工程，研究结果表明，涵洞更换可以在施工对关键管理物种产生最小影响的情况下进行。此外，eDNA方法可以成为监测数百个涵洞以确定哪些涵洞需要更换的有效和高效方法。

这些研究结果有望为继续推进整个西海岸和阿拉斯加地区的涵洞更换工作提供支持。通过使用环境DNA技术，研究人员能够以更为高效的方式了解水域生态系统，这将有助于更好地保护鱼类和它们的栖息地。

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编译 | 王芊佳

审核 | 绿茵

排版 | 绿叶

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【参考链接】

1.【研究原文】参看：
Elizabeth Andruszkiewicz Allan, Ryan P. Kelly, Erin R. D'Agnese, Maya N. Garber‐Yonts, Megan R. Shaffer, Zachary J. Gold, Andrew O. Shelton. Quantifying impacts of an environmental intervention using environmental DNA. Ecological Applications, 2023; DOI: 10.1002/eap.2914

2. 华盛顿大学的报道：https://www.washington.edu/news/2023/10/18/dna-shows-where-washington-culvert-replacements-helped-spawning-salmon/

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