关键词:
气候变暖
富营养化
化学污染
生态化学计量学
营养级
摘要:
淡水生态系统正面临多重环境压力,如气候变化、营养负荷以及化学污染。这些环境压力会扰乱生物体的化学计量平衡,并改变其代谢强度、生长、繁殖以及生存状态。这些变化可以通过食物网传递,进而改变生态系统的功能,包括营养循环速率、初级生产力和能量传递效率。因此,本研究以长江中下游地区常见物种为研究对象,通过构建两个中宇宙实验系统分别探究:(1)遮光、营养负荷、牧食作用及其交互作用对主要初级生产者早期生长及化学计量学特征影响;(2)升温、富营养化、化学污染及其交互作用对不同营养级水生生物的化学计量学特征影响。主要研究结果如下:
(1)环境压力对初级生产者早期生长的影响表现出明显的种间差异。遮光显著抑制菹草(Potamogeton crispus)的生物量和株数,并改变其化学计量特征和叶间距,同时促进附着藻和浮游植物的生长,但对刺苦草(Vallisneria spinulosa)的早期生长没有显著影响。光照强度与椭圆萝卜螺(Radix swinhoei)牧食作用之间存在交互作用。在自然光照条件下,菹草的生物量和株数对椭圆萝卜螺生物量的增加表现出先增加后下降的趋势。然而,在低光照条件下,菹草的生物量与椭圆萝卜螺的生物量呈线性下降关系。刺苦草的早期生长未受到多重环境压力的显著影响。我们的研究表明,光照强度与椭圆萝卜螺之间的相互作用可能会影响早春水生植物的建立和生长。因此,在湖泊恢复过程中,可以通过降低水位增加光照可用性,并利用低密度的耐寒性食草动物来减弱附着藻与沉水植物之间的竞争,最终促进沉水植物的生长。
(2)在多重环境压力中,除草剂污染没有对淡水水生生物的化学计量学特征产生显著影响,而升温和富营养化显著影响低营养级生物的化学计量学特征。其中,富营养化显著增加初级生产者的N、P营养盐含量,降低C:N和C:P。然而初级生产者的N:P比值对富营养化的响应具有物种特异性,其中刺苦草(Vallisneria spinulosa)和附着藻的N:P比值下降,轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)的N:P比值上升。升温同样增加了初级生产者的N、P营养盐含量,并降低C:N比值,但温度对淡水水生生物化学计量学特征的影响程度小于富营养化。热浪处理与富营养化处理之间存在拮抗作用,这不同于持续升温情景,表明富营养化对初级生产者化学计量学特征的影响取决于温度情景。
(3)与多重环境压力相比,淡水水生生物所处的营养级是决定其化学计量学特征的主要因素。此外,生物体的化学计量学稳定性与其营养级密切相关,营养级越高,化学计量学特征的稳定性越强。本研究结果表明,变暖和富营养化会显著改变低营养级生物的化学计量学特征,从而可能削弱营养传递效率,进而改变食物网结构和生态系统功能。