食物鏈長(cháng)度改變了湖泊生態(tài)系統對增溫的響應
湖泊生態(tài)系統對全球變化的響應及其應對策略是湖沼學(xué)研究的熱點(diǎn)之一?；跍貛Ш吹睦碚摵徒?jīng)驗研究均表明，增溫會(huì )加劇捕食者的下行級聯(lián)效應，促進(jìn)浮游植物的生長(cháng)，進(jìn)而影響湖泊生態(tài)系統功能。然而，對于亞熱帶或熱帶地區淺水湖泊，相關(guān)研究還主要集中在氣候變化與營(yíng)養鹽（N、P等）循環(huán)的疊加或交互作用方面，多從上行效應（營(yíng)養鹽富集）的角度考察氣候變化（如增溫）對富營(yíng)養化的放大作用。從食物網(wǎng)結構的角度揭示湖泊生態(tài)系統對氣候變化的響應及其機理的研究還相對較少。
食物鏈長(cháng)度是刻畫(huà)食物網(wǎng)結構的一個(gè)重要指標。在熱帶或亞熱帶地區，大多數淺水湖泊的食物網(wǎng)可從功能上簡(jiǎn)單認為是三個(gè)營(yíng)養級，即浮游植物、浮游動(dòng)物和食浮游生物魚(yú)類(lèi)。而在生態(tài)修復中，通過(guò)工程手段調控魚(yú)類(lèi)，食物網(wǎng)能夠在短期內表現為兩個(gè)營(yíng)養級，即浮游動(dòng)物和浮游植物。在氣候變化的背景下，兩種長(cháng)度的湖泊食物鏈對增溫的響應及其機理還有待研究。
在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目和國家重點(diǎn)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隊通過(guò)受控實(shí)驗比較了兩種食物鏈長(cháng)度（有魚(yú)vs無(wú)魚(yú)）系統中浮游生物生物量和物候對模擬增溫（+3°C）的響應規律。結果顯示：在三營(yíng)養級（有魚(yú)）系統中，增溫促進(jìn)了魚(yú)類(lèi)生長(cháng)，其對浮游動(dòng)物的捕食釋放了浮游植物的牧食壓力；同時(shí)增溫促進(jìn)了沉積物磷釋放，生態(tài)系統最終轉為濁水態(tài)；與之相反，在二營(yíng)養級（無(wú)魚(yú)）系統中，增溫對浮游動(dòng)物的負面影響較弱，大型浮游動(dòng)物對浮游植物的牧食使得生態(tài)系統一直保持著(zhù)清水態(tài)（圖1）。研究結果表明，食物鏈長(cháng)度可以調節溫暖地區湖泊生態(tài)系統對增溫的響應。因此，在實(shí)際的湖泊管理與修復工作中，加強魚(yú)類(lèi)調控可能是抑制氣候變暖對湖泊富營(yíng)養化影響的有效策略之一（圖2）。
圖1：兩種食物鏈長(cháng)度條件下增溫對魚(yú)類(lèi)、浮游動(dòng)物、浮游植物以及水體總磷的影響（正值代表促進(jìn)，負值代表抑制，絕對值大小代表影響幅度）
圖2：實(shí)驗對湖泊管理的啟示（魚(yú)類(lèi)調控能夠減緩氣候變暖對湖泊生態(tài)系統的負面效應）
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(shí)驗結果表明在二營(yíng)養級系統中，增溫條件下浮游動(dòng)物關(guān)鍵屬種溞（Daphnia）的孵化時(shí)間明顯提前，但由于食物資源的限制，其種群增長(cháng)率和環(huán)境容納量均較低，最終溞的春季高峰到達的時(shí)間（4月中旬）和對照組相比并沒(méi)有顯著(zhù)提前，同時(shí)由于溞在增溫條件下對浮游植物的強力牧食，浮游植物春季高峰在增溫條件下消失；對于三營(yíng)養級系統，增溫極大的抑制了溞的種群發(fā)展，導致浮游植物呈幾何級數增長(cháng)，最終形成一個(gè)遲到但是暴發(fā)幅度顯著(zhù)增加的春季水華過(guò)程（圖3）。研究第一次從多營(yíng)養級角度探討亞熱帶湖泊浮游生物物候對增溫的響應，強調了食物網(wǎng)結構（食物鏈長(cháng)度）對生物物候的影響。
圖3：浮游動(dòng)物關(guān)鍵屬-溞（Daphnia）和浮游植物的春季物候對增溫的響應（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