水生所揭示氣候變暖加劇水生昆蟲(chóng)爆發(fā)抑制沉水植物生長(zhǎng)新機(jī)制
全球變暖正以前所未有的速度改變著生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，但其對(duì)種群爆發(fā)（Population Outbreak）事件的影響及其生態(tài)后果尚不明確。中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所聯(lián)合華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京大學(xué)、英國(guó)埃塞克斯大學(xué)等國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)，通過(guò)大規(guī)模中宇宙實(shí)驗(yàn)，揭示了氣候變暖通過(guò)增強(qiáng)水生昆蟲(chóng)的食草壓力，阻礙水生植物恢復(fù)的生態(tài)機(jī)制。相關(guān)成果以“Warming impedes aquatic plant recovery via enhanced herbivory from insect outbreaks”為題，于近日發(fā)表在《Ecology》（DOI: 10.1002/ecy.70234）。
研究團(tuán)隊(duì)在48個(gè)大型中宇宙（每個(gè)2500升）中模擬淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)，設(shè)置常溫與升溫（+3.5°C并疊加多次熱浪）兩種處理。實(shí)驗(yàn)中意外發(fā)生了小筒水螟（Parapoynx diminutalis）的大規(guī)模爆發(fā)（圖1），為研究氣候變暖與昆蟲(chóng)爆發(fā)共同作用下的生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)提供了獨(dú)特契機(jī)。因此，實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了整個(gè)生長(zhǎng)季中水生植物、水生昆蟲(chóng)及水質(zhì)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。
圖1 小筒水螟不同生活階段及其幼蟲(chóng)對(duì)沉水植物影響
研究發(fā)現(xiàn)，升溫導(dǎo)致水生植物物候提前，植物在春季更早進(jìn)入生長(zhǎng)高峰期。然而，隨之而來(lái)的小筒水螟爆發(fā)在升溫條件下更為嚴(yán)重，其幼蟲(chóng)密度顯著增加，尤其是對(duì)夏季優(yōu)勢(shì)種黑藻（Hydrilla verticillata）的取食壓力更大。這種增強(qiáng)的食草作用顯著抑制了植物的再生能力，導(dǎo)致植物生物量急劇下降。
植物減少進(jìn)一步引發(fā)了水體營(yíng)養(yǎng)鹽釋放，促進(jìn)了浮游植物的大量繁殖，水體由以沉水植物為主的“清水態(tài)”向以浮游植物為主的“濁水態(tài)”轉(zhuǎn)變。升溫處理中總氮、總磷和葉綠素a濃度均顯著高于常溫處理，表明變暖加劇了昆蟲(chóng)爆發(fā)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的推動(dòng)作用。
圖2 變暖與昆蟲(chóng)爆發(fā)共同導(dǎo)致水生植物減少、水質(zhì)惡化
該研究首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，氣候變暖可通過(guò)放大昆蟲(chóng)爆發(fā)事件，削弱水生植物的恢復(fù)力，從而使生態(tài)系統(tǒng)由以沉水植物為主的清水態(tài)向以浮游植物為主的濁水態(tài)轉(zhuǎn)變。在未來(lái)氣候背景下，極端氣候與種群爆發(fā)事件的耦合效應(yīng)可能加劇生態(tài)系統(tǒng)的退化。同時(shí)，未來(lái)的水生植物生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該預(yù)防水生昆蟲(chóng)的爆發(fā)，可以通過(guò)在實(shí)驗(yàn)中添加一些小型昆蟲(chóng)食性魚(yú)類(lèi)，如斗魚(yú)等。
該研究由國(guó)家自然科學(xué)基金（32371673,32001158,31872687）和中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作項(xiàng)目（152342KYSB20190025）資助。研究工作由水生所主導(dǎo)，聯(lián)合華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京大學(xué)、英國(guó)埃塞克斯大學(xué)等單位共同完成。水生所張培育副研究員與王韜特別研究助理為共同第一作者，徐軍研究員為通訊作者。
論文鏈接： https://doi.org/10.1002/ecy.70234
數(shù)據(jù)公開(kāi)： https://doi.org/10.6084/m9.figshare.30017191.v1
