人類(lèi)活動(dòng)對長(cháng)江中下游湖泊生態(tài)系統的影響取得進(jìn)展
長(cháng)江中下游湖泊是人類(lèi)活動(dòng)干擾較為嚴重的區域，主要包括富營(yíng)養化、水產(chǎn)養殖和受損湖泊的人工修復等。這些活動(dòng)究竟如何影響湖泊生態(tài)系統，分別影響了哪些生態(tài)過(guò)程，是認識和管理湖泊亟需回答的難題。
敏感屬種和α-多樣性變化通常用于評價(jià)湖泊生態(tài)系統的變化，然而這些指標缺乏對生態(tài)系統變化內在過(guò)程的解析。面對外在的環(huán)境壓力，生物首先通過(guò)調整其群落結構適應環(huán)境的變化，當無(wú)法承受環(huán)境壓力時(shí)生態(tài)系統才會(huì )發(fā)生轉變。網(wǎng)絡(luò )結構和β-多樣性可以反映生物之間的相互作用模式，并可以對群落結構的內在變化規律進(jìn)行分解分析，因此可以作為生態(tài)系統轉變的早期預警信號。
浮游動(dòng)物作為初級消費者，在湖泊生態(tài)系統中起著(zhù)“承上啟下”的作用，且其對環(huán)境變化十分敏感，能快速對人類(lèi)活動(dòng)引起的水質(zhì)、食物組成和捕食壓力的變化作出響應，因此從浮游動(dòng)物的群落結構入手有助于認識湖泊生態(tài)系統的變化。近期，中科院南京地理與湖泊研究所陳非洲研究員團隊基于長(cháng)江中下游湖泊調查和五里湖長(cháng)時(shí)間序列監測的浮游動(dòng)物數據，深入分析了浮游動(dòng)物群落結構對湖泊富營(yíng)養化、魚(yú)類(lèi)養殖和水體修復的響應過(guò)程。
對長(cháng)江中下游湖泊浮游動(dòng)物的研究顯示，營(yíng)養鹽和魚(yú)類(lèi)的捕食對浮游動(dòng)物多樣性和生態(tài)網(wǎng)絡(luò )有協(xié)同影響。α-多樣性主要受營(yíng)養條件的限制，營(yíng)養鹽升高抑制了α-多樣性；而β-多樣性同時(shí)受營(yíng)養鹽和濾食性魚(yú)類(lèi)的影響，濾食性魚(yú)類(lèi)對β-多樣性的影響呈單峰模式。浮游動(dòng)物多樣性的變化主要原因在于群落結構的變化，因為群落結構的調整過(guò)程發(fā)生在多樣性變化之前，浮游動(dòng)物網(wǎng)絡(luò )偏度與TN正相關(guān)與濾食性魚(yú)類(lèi)密度負相關(guān)。當濾食性魚(yú)類(lèi)密度高于200kg/ha后，浮游動(dòng)物網(wǎng)絡(luò )結構負偏（圖1）。研究結果顯示下行效應對浮游動(dòng)物群落的影響強于上行效應，魚(yú)類(lèi)捕食誘導了浮游動(dòng)物群落的結構調整（圖2），意味著(zhù)廣布種優(yōu)勢度增加，進(jìn)而削弱了空間上的β-多樣性（Limnology and Oceanography）。
圖1 不同魚(yú)類(lèi)密度組別浮游動(dòng)物的beta多樣性和網(wǎng)絡(luò )偏度的變化
圖2 魚(yú)、浮游植物、總磷和總氮對偏度、alpha多樣性和beta多樣性的相對解釋率
那么浮游動(dòng)物多樣性的變化究竟如何影響生態(tài)系統功能呢？在此研究基礎上，進(jìn)一步調查了40個(gè)漁業(yè)管理加強后的長(cháng)江中下游湖泊。結果表明，人類(lèi)活動(dòng)導致的土地利用變化與湖泊營(yíng)養狀態(tài)指數緊密相關(guān)，隨著(zhù)營(yíng)養狀態(tài)指數的升高，原核藻類(lèi)、真核藻類(lèi)和浮游動(dòng)物的異質(zhì)性均下降，這種變化不僅與營(yíng)養水平升高緊密相關(guān)，也與環(huán)境異質(zhì)性下降緊密相關(guān)。營(yíng)養水平升高和環(huán)境異質(zhì)性下降可以通過(guò)影響藻類(lèi)的組成和多樣性間接影響浮游動(dòng)物多樣性，進(jìn)而削弱其下行控藻功能（圖3）（Science of the Total Environment）。
圖3 湖泊營(yíng)養狀態(tài)指數和環(huán)境異質(zhì)性對浮游動(dòng)物多樣性和控藻功能的影響
浮游動(dòng)物下行控藻功能的減弱會(huì )導致富營(yíng)養水體藍藻增長(cháng)不受控制，生態(tài)修復是受損生態(tài)系統恢復的重要措施，但如何評價(jià)富營(yíng)養湖泊的修復效果需要深入的探索。通過(guò)對無(wú)錫五里湖19年的跟蹤研究，對修復前后輪蟲(chóng)的多樣性進(jìn)行比較，結果表明湖泊修復后輪蟲(chóng)敏感屬種密度增加、輪蟲(chóng)群落的季節性β-多樣性加大、年際間的β-多樣性下降，但是物種豐富度沒(méi)有增加（圖4）。湖泊修復后盡管營(yíng)養水平顯著(zhù)下降，但是修復后氮磷比下降導致藍藻生物量增加，對輪蟲(chóng)產(chǎn)生了不利影響。研究表明修復后營(yíng)養鹽比例的控制仍需引起重視。盡管α-多樣性的變化不明顯，但是時(shí)間序列的β-多樣性顯示輪蟲(chóng)群落的穩定性增強了，說(shuō)明β-多樣性的變化比α-多樣性更為敏感，在今后的研究中應加強對浮游動(dòng)物群落結構的監測和長(cháng)時(shí)間序列β-多樣性變化的分析，有助于認識湖泊修復的效果（Water Research）。
圖4 五里湖修復前后輪蟲(chóng)時(shí)間序列β-多樣性的變化
上述研究表明，（1）流域土地利用的改變、外源營(yíng)養負荷的控制和魚(yú)類(lèi)調控在長(cháng)江中下游湖泊的管理中有著(zhù)重要的作用；（2）湖泊修復后內源負荷的影響需要進(jìn)一步關(guān)注；（3）如何對湖泊進(jìn)行有效的生態(tài)評估，需要更廣泛研究并運用新的生態(tài)評價(jià)方法。該系列研究有望對長(cháng)江中下游湖泊評估和管理提供科學(xué)參考。研究得到中科院戰略性先導科技專(zhuān)項、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所“一三五”專(zhuān)項和青年科學(xué)家小組等項目的聯(lián)合資助，同時(shí)得到了中國科學(xué)院太湖湖泊生態(tài)系統研究站和東湖湖泊生態(tài)系統試驗站的聯(lián)合支持。研究成果分別發(fā)表在國際知名期刊Limnology and Oceanography、Water Research和Science of the Total Environment上，李蕓助理研究員為第一作者。
論文鏈接：
Limnology and Oceanography - “Eutrophication and predation mediate zooplankton diversity and network structure”,https://doi.org/10.1002/lno.11957
Water Research – “Impacts of nutrient reduction on temporal β-diversity of rotifers: a 19-year limnology case study on Lake Wuli, China”,https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118364
Science of the Total Environment – “Eutrophication decrease compositional dissimilarity in freshwater plankton communities”,https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153434