湖泊生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應(yīng)及其應(yīng)對策略是湖沼學(xué)研究的熱點之一。基于溫帶湖泊的理論和經(jīng)驗研究均表明，增溫會加劇捕食者的下行級聯(lián)效應(yīng)，促進(jìn)浮游植物的生長，進(jìn)而影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)功能。然而，對于亞熱帶或熱帶地區(qū)淺水湖泊，相關(guān)研究還主要集中在氣候變化與營養(yǎng)鹽（N、P等）循環(huán)的疊加或交互作用方面，多從上行效應(yīng)（營養(yǎng)鹽富集）的角度考察氣候變化（如增溫）對富營養(yǎng)化的放大作用。從食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的角度揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)及其機(jī)理的研究還相對較少。
食物鏈長度是刻畫食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一個重要指標(biāo)。在熱帶或亞熱帶地區(qū)，大多數(shù)淺水湖泊的食物網(wǎng)可從功能上簡單認(rèn)為是三個營養(yǎng)級，即浮游植物、浮游動物和食浮游生物魚類。而在生態(tài)修復(fù)中，通過工程手段調(diào)控魚類，食物網(wǎng)能夠在短期內(nèi)表現(xiàn)為兩個營養(yǎng)級，即浮游動物和浮游植物。在氣候變化的背景下，兩種長度的湖泊食物鏈對增溫的響應(yīng)及其機(jī)理還有待研究。
在國家自然科學(xué)基金重點項目和國家重點研發(fā)計劃的資助下，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所劉正文研究員團(tuán)隊通過受控實驗比較了兩種食物鏈長度（有魚vs無魚）系統(tǒng)中浮游生物生物量和物候?qū)δM增溫（+3°C）的響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果顯示：在三營養(yǎng)級（有魚）系統(tǒng)中，增溫促進(jìn)了魚類生長，其對浮游動物的捕食釋放了浮游植物的牧食壓力；同時增溫促進(jìn)了沉積物磷釋放，生態(tài)系統(tǒng)最終轉(zhuǎn)為濁水態(tài)；與之相反，在二營養(yǎng)級（無魚）系統(tǒng)中，增溫對浮游動物的負(fù)面影響較弱，大型浮游動物對浮游植物的牧食使得生態(tài)系統(tǒng)一直保持著清水態(tài)（圖1）。研究結(jié)果表明，食物鏈長度可以調(diào)節(jié)溫暖地區(qū)湖泊生態(tài)系統(tǒng)對增溫的響應(yīng)。因此，在實際的湖泊管理與修復(fù)工作中，加強(qiáng)魚類調(diào)控可能是抑制氣候變暖對湖泊富營養(yǎng)化影響的有效策略之一（圖2）。
圖1：兩種食物鏈長度條件下增溫對魚類、浮游動物、浮游植物以及水體總磷的影響（正值代表促進(jìn)，負(fù)值代表抑制，絕對值大小代表影響幅度）
圖2：實驗對湖泊管理的啟示（魚類調(diào)控能夠減緩氣候變暖對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面效應(yīng)）
在種群和群落水平上，增溫同樣影響了浮游生物春季物候，實驗結(jié)果表明在二營養(yǎng)級系統(tǒng)中，增溫條件下浮游動物關(guān)鍵屬種溞（Daphnia）的孵化時間明顯提前，但由于食物資源的限制，其種群增長率和環(huán)境容納量均較低，最終溞的春季高峰到達(dá)的時間（4月中旬）和對照組相比并沒有顯著提前，同時由于溞在增溫條件下對浮游植物的強(qiáng)力牧食，浮游植物春季高峰在增溫條件下消失；對于三營養(yǎng)級系統(tǒng)，增溫極大的抑制了溞的種群發(fā)展，導(dǎo)致浮游植物呈幾何級數(shù)增長，最終形成一個遲到但是暴發(fā)幅度顯著增加的春季水華過程（圖3）。研究第一次從多營養(yǎng)級角度探討亞熱帶湖泊浮游生物物候?qū)υ鰷氐捻憫?yīng)，強(qiáng)調(diào)了食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)（食物鏈長度）對生物物候的影響。
圖3：浮游動物關(guān)鍵屬-溞（Daphnia）和浮游植物的春季物候?qū)υ鰷氐捻憫?yīng)（基于亞熱帶氣候）
成果分別發(fā)表浮游生物領(lǐng)域經(jīng)典期刊Journal of Plankton Research和環(huán)境期刊Water Research，何虎助理研究員為第一兼通訊作者。全文鏈接：
https://doi.org/10.1093/plankt/fbab078
https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.07.055
標(biāo)簽： 生態(tài)系統(tǒng)
