新聞科研進(jìn)展
浮游動(dòng)物控藻作用在水生態(tài)修復領(lǐng)域一直占有重要的作用，特別是大個(gè)體枝角類(lèi)胸肢不停撥動(dòng)會(huì )高效地濾食藻類(lèi)，進(jìn)而提高水體透明度，達到改善水質(zhì)的目的。魚(yú)類(lèi)捕食被認為是影響浮游動(dòng)物體長(cháng)變化的直接驅動(dòng)因子。生物個(gè)體減小趨勢不僅與緯度-溫度變化有關(guān)，還與氣候潛在相互作用間接影響不同食性魚(yú)類(lèi)的 群落組成有關(guān)。頂層捕食者的下行作用對湖泊生態(tài)系統的影響成為隨著(zhù)緯度梯度變化的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。
在中國亞熱帶至熱帶水庫中，鳙魚(yú)（Hypophthalmichthys nobilis）和鰱魚(yú)（H. molitrix）被廣泛養殖。近日，中國科學(xué)院水生生物研究所謝平研究員團隊在千島湖鰱鳙魚(yú)捕食對浮游動(dòng)物牧食藻類(lèi)的影響機制上取得重要研究進(jìn)展。
為了探究沿著(zhù)溫度梯度的（亞）熱帶水庫中漁業(yè)養殖如何通過(guò)解耦營(yíng)養級聯(lián)效應來(lái)影響水質(zhì)，研究人員首先比較分析了亞熱帶千島湖（又名新安江水庫）和熱帶廣東省水庫中浮游動(dòng)物體長(cháng)和生物量受到的上下行效應大小。結果表明，魚(yú)捕食是影響千島湖浮游動(dòng)物體長(cháng)和生物量的主要因子，稱(chēng)為魚(yú)控制的水庫；而水溫和總磷分別是影響廣東省水庫浮游動(dòng)物體長(cháng)和生物量的主要因子，稱(chēng)為營(yíng)養鹽控制的水庫（圖1）。
然而，一般被認為熱帶湖泊中魚(yú)類(lèi)對浮游動(dòng)物的捕食壓力強于同類(lèi)的溫帶湖泊(Lewis 1987; Kratina and others 2012; Meerhoff and others 2012)。因為高溫能提高魚(yú)的代謝速率，形成常年小個(gè)體且高密度（主要是以雜食性為主）的魚(yú)群落。且熱帶水體中的幽蚊（Chaoborus）可進(jìn)一步增加對浮游動(dòng)物的牧食作用。該研究結果不同于前人研究可能與魚(yú)類(lèi)的食性差異有關(guān)。一般隨著(zhù)緯度降低，草食性和雜食性魚(yú)類(lèi)占比增加（González-Bergonzoni et al.，2012）。在本研究中，高緯度水庫（千島湖）中主要是濾食性魚(yú)類(lèi)（鰱、鳙魚(yú)），而低緯度水庫（廣東省水庫）中主要是雜食底棲性魚(yú)類(lèi)包括羅非魚(yú)（Nile tilapia）和普通鯽魚(yú)（Common carp），以及歐洲鯽魚(yú)（Crucian carp）。
此外，由于水庫中常出現水溫分層可為大型浮游動(dòng)物提供下層避難所，可能會(huì )掩蓋一些發(fā)生在熱帶淺水湖泊中經(jīng)典的生態(tài)規律，真實(shí)湖泊的狀況可能與水庫不同。因此，氣候潛在相互作用將使對溫度和浮游動(dòng)物體型之間關(guān)系的預測變得復雜化。
圖1 浮游動(dòng)物體長(cháng)、生物量和浮游動(dòng)植物生物量比值的上下行效應分析
研究人員還建立了魚(yú)-浮游動(dòng)物-藻類(lèi)食物鏈對水質(zhì)影響的結構方程模型。結果表明，貧營(yíng)養千島湖（平均TN：1mg/L；TP：0.01mg/L）中高魚(yú)捕食壓力導致浮游動(dòng)物的體長(cháng)和生物量減小，減弱了對藻類(lèi)的牧食壓力，導致水體透明度下降；而富營(yíng)養廣東省水庫（平均TN：1.6mg/L；TP：0.04mg/L）中魚(yú)類(lèi)捕食對浮游動(dòng)物低效率地牧食藻類(lèi)影響不顯著(zhù)（圖2），表明廣東省水庫浮游動(dòng)物虛弱地牧食藻類(lèi)能力。在魚(yú)控制的千島湖，浮游動(dòng)物體長(cháng)變化作為水質(zhì)指示因子的效果強于營(yíng)養鹽控制的廣東省水庫。
導致這種結果的原因可能是：第一，大個(gè)體浮游動(dòng)物能有效地增加對藻類(lèi)的牧食作用。千島湖枝角類(lèi)和橈足類(lèi)的平均體長(cháng)均大于廣東省水庫。具體來(lái)說(shuō)，千島湖浮游動(dòng)物優(yōu)勢種在春季是透明溞，夏季是短尾秀體溞和長(cháng)額象鼻溞。在廣東省水庫中Daphnia缺失，枝角類(lèi)主要以中小型物種為主，如頸溝基合溞、脆弱象鼻溞、模糊秀體溞。第二，富營(yíng)養湖泊中浮游動(dòng)物對藻類(lèi)的牧食作用弱于貧營(yíng)養湖泊，與富營(yíng)養湖泊中存在大量輪蟲(chóng)有關(guān)。因為輪蟲(chóng)只以較小的單細胞藻類(lèi)為食，導致富營(yíng)養化湖泊中藻類(lèi)常以群體出現。第三，熱帶中小型水庫中浮游植物的大量生長(cháng)可能與底棲性魚(yú)類(lèi)引起底泥中營(yíng)養鹽釋放有關(guān)（Lemmens et al.，2017）。例如鯽魚(yú)的覓食活動(dòng)會(huì )引起淺層水庫沉積物的再懸浮，從而提高水體養分利用率和生產(chǎn)力。
圖2 魚(yú)-浮游動(dòng)物-藻類(lèi)對水質(zhì)影響的結構方程模型分析
綜上，像千島湖這種大型浮游動(dòng)物占優(yōu)勢的水庫傾向于清水狀態(tài)，而以小型浮游動(dòng)物為主的熱帶水庫易成濁水狀態(tài)。但從1999-2018年千島湖鰱、鳙魚(yú)捕撈量的逐年增加，其對大型枝角類(lèi)Daphnia的選擇性攝食，間接地促進(jìn)小個(gè)體輪蟲(chóng)的發(fā)展，導致浮游動(dòng)物體長(cháng)有小型化趨勢。在國外北溫帶湖泊中，濾食性魚(yú)被去除后大個(gè)體浮游動(dòng)物的恢復被認為是改善水質(zhì)的關(guān)鍵（Chara-Serna et al.，2019）。
因此，未來(lái)建議控制千島湖鰱、鳙魚(yú)的放養，來(lái)恢復大型浮游動(dòng)物的種類(lèi)和高效牧藻能力。且最近研究表明在亞熱帶和溫帶湖泊中，移走部分魚(yú)可以緩解氣候變暖引起的水體富營(yíng)養化加?。?/span>Velthuis et al.，2017；He et al.，2018），盡管從長(cháng)期來(lái)看不斷大量繁殖的魚(yú)會(huì )對這種措施的效果大打折扣。該研究對未來(lái)湖泊的管理和修復有重要的實(shí)際指導意義。
該研究近日發(fā)表于Ecosystems（Li, Wang; Jun, Chen; Haojie, Su; Xufa, Ma; Zhixu, Wu; Hong, Shen; Jia, Yu; Jiarui, Liu; Yao, Wu; Guangyi, Ding; Ping, Xie. 2021. Is zooplankton body size an indicator of water quality in (sub)tropical reservoirs in China? Ecosystems, 2021, https://doi.org/ 10.1007/s10021-021-00656-2），王利為論文第一作者，謝平研究員為論文的通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)項目（2017YFA0605201)），杭州市生態(tài)環(huán)境局（0625-20216112），淡水生態(tài)和生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室（2019FBZ03）和中國科學(xué)院水生所特色研究所服務(wù)項目（Y85Z061601）的資助。
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