水生所關(guān)于多重環(huán)境壓力對(duì)淡水食物網(wǎng)影響機(jī)理研究取得新進(jìn)展
淡水湖泊是地球上生物多樣性最豐富的生境之一,但人類活動(dòng)導(dǎo)致的氣候變化、富營(yíng)養(yǎng)化(如化肥污染)和農(nóng)藥殘留等問題,正以復(fù)雜的方式威脅其穩(wěn)定性。傳統(tǒng)研究多聚焦單一環(huán)境壓力,但現(xiàn)實(shí)中多種壓力的疊加可能引發(fā)協(xié)同(一個(gè)因子放大了另外一個(gè)因子的作用)或拮抗效應(yīng)(一個(gè)因子減弱了另外一個(gè)因子的作用),加劇生態(tài)系統(tǒng)崩潰風(fēng)險(xiǎn)。
中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所聯(lián)合國(guó)際團(tuán)隊(duì),通過大規(guī)模模擬實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)解析了多重壓力對(duì)食物網(wǎng)的交互作用機(jī)制。相關(guān)成果以“Multiple Stressors Simplify Freshwater Food Webs”為題,于近日發(fā)表在《Global Change Biology》(DOI: 10.1111/gcb.70114)。

圖1 多重脅迫對(duì)淺水湖泊食物網(wǎng)各組分的影響
研究團(tuán)隊(duì)通過48個(gè)大型中宇宙模擬系統(tǒng)(2500升),模擬亞熱帶淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)。通過全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),施加了氣候變暖(升溫3.5°C及熱浪)、營(yíng)養(yǎng)鹽輸入(氮、磷)和殺蟲劑(吡蟲啉)三種脅迫,并監(jiān)測(cè)了10個(gè)月內(nèi)食物網(wǎng)各組分的變化。實(shí)驗(yàn)覆蓋了從初級(jí)生產(chǎn)者(沉水植物、浮游植物、著生藻)到頂級(jí)消費(fèi)者(魚類、蝦類)的全營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物,構(gòu)建了包含14個(gè)功能類群的食物網(wǎng)模型(圖1)。
該研究揭示了多重環(huán)境壓力對(duì)淡水食物網(wǎng)的復(fù)雜影響,不同環(huán)境壓力作用于食物網(wǎng)的不同組分,其中氣候變暖顯著降低魚類等高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的種群規(guī)模,營(yíng)養(yǎng)鹽輸入促進(jìn)浮游植物(藍(lán)藻)爆發(fā),殺蟲劑導(dǎo)致螺類、昆蟲幼蟲等底棲動(dòng)物死亡,多重環(huán)境壓力共同作用導(dǎo)致食物網(wǎng)簡(jiǎn)化。
營(yíng)養(yǎng)鹽與殺蟲劑的協(xié)同作用顯著促進(jìn)浮游植物生長(zhǎng),而氣候變暖與殺蟲劑的拮抗作用則部分緩解了單一脅迫對(duì)食物網(wǎng)的負(fù)面影響。隨著脅迫因子數(shù)量增加,食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化(食物網(wǎng)平均營(yíng)養(yǎng)級(jí)和連接度更低),能量傳遞從底棲食物鏈(著生藻類、水生植物為初級(jí)生產(chǎn)者)轉(zhuǎn)向浮游食物鏈(浮游植物為初級(jí)生產(chǎn)者),增加了生態(tài)系統(tǒng)從以沉水植物為主導(dǎo)的“清水態(tài)”向以浮游植物為主的“濁水態(tài)”轉(zhuǎn)變的風(fēng)險(xiǎn)(圖2)。該研究系統(tǒng)揭示了多重脅迫通過正/負(fù)反饋環(huán)路影響食物網(wǎng)穩(wěn)定性的機(jī)制,單一治理措施可能因脅迫交互作用失效,需采取系統(tǒng)性修復(fù)策略維持食物網(wǎng)穩(wěn)定。

圖2 多重脅迫簡(jiǎn)化了食物網(wǎng)
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作項(xiàng)目等項(xiàng)目資助。研究工作由水生所與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京大學(xué)、德國(guó)IGB研究所、隆德大學(xué)、帝國(guó)理工大學(xué)、??巳卮髮W(xué)和牛津大學(xué)等單位合作完成。水生所張培育副研究員為論文第一作者,徐軍研究員為通訊作者。
