近日,2014级硕士研究生胡葵(现为美国南达科他大学博士生)作为第一作者,陈光杰教授团队以“Hydrological fluctuations modulate phototrophic responses to nutrient fertilization in a large and shallow lake of Southwest China”为题,探讨了浅水湖泊中水文波动对营养盐驱动藻类变化的调节作用,在国际SCI期刊《Aquatic Sciences》(影响因子:3.62,三区期刊)发表了最新研究成果。
水文条件与营养盐水平是影响湖泊初级生产者的重要因子,其单因子作用的生态评价已有大量研究基础。近几十年来,气候变化持续和极端干旱频发,同时人类活动对湖泊水文改造持续增强,均改变了湖泊水文条件及营养盐动力特征。已有研究缺乏对两者的独立效应及其相互作用进行定量识别,需要对浅水湖泊中水文及营养盐变化影响藻类的长期模式进行系统识别。
图 1 异龙湖沉积物粒度、元素与稳定同位素、色素、硅藻PCA得分及水文气候事件的变化历史
以经历多重环境压力(富营养化、水文调控、极端干旱)的异龙湖(云南九大湖泊之一)为研究对象,以沉积物钻孔色素、硅藻为初级生产者代用指标,沉积物总氮(TN)等为营养盐代用指标,应用沉积物粒度指标并结合风速、湖泊面积等现代数据,定量重建并识别了近100年来水动力与营养盐对藻类生物量与群落的作用。
研究结果表明:1)沉积物粒度组成的明显变化与人为水文调控及干旱事件出现时段相一致,如1958年青鱼湾放水导致了湖泊水动力的增强与沉积物平均粒径的增大,而平均粒径的突然上升与1981年、2005年出现的极端干旱事件同步(图1)。2)1965年以来,营养盐的持续输入导致了藻类生物量(如脱镁叶绿素a及β胡萝卜素为)显著增加,且蓝藻(海胆酮与玉米黄质)增加幅显著大于硅藻(硅藻黄质)。3)随着营养盐输入,沉积物硅藻群落组成自1973年起由底栖物种转变为富营养浮游物种(Fragilaria crotonensis);而2005年干旱导致的湖泊水位下降通过增加底栖生境,致使硅藻物种转变为小型底栖Fragilaria物种。4)不同时间尺度下,水动力及营养盐对藻类生物量及群落变化作用强度有所差异(图2)。过去100年里,营养盐输入是异龙湖藻类生物量及硅藻群落变化的主要驱动因子。而近60年以来,气候变化及人类水文调控导致的水动力变化削弱了营养盐对藻类生物量及群落变化的驱动,而水动力变化成为驱动硅藻群落的主要影响因子。本研究强调了不同生物指标(如色素与硅藻群落)在相同环境梯度下(如水动力与营养盐)响应模式的差异。因此,在受到多重环境压力胁迫的浅水湖泊中需要采用多生物指标开展生态环境响应的模式识别。
图2 异龙湖不同时间尺度下,方差分解最优模型中驱动藻类变化的主要环境因子:(a)湖泊沉积物(1903-2013年)与(b)水体叶绿素a含量变化的主要环境因(1992-2015年); 分别在1903-2013年和1953-2013年期间,沉积物色素(c,d)与硅藻(e,f)群落变化的主要驱动因子
本研究主要工作在云南师范大学高原地理过程与环境变化实验室完成,同时与加拿大麦吉尔大学、Regina大学开展了国际合作。本研究得到科技部国家重点研发计划“全球变化及应对”专项课题(2017YFA0605202)、教育部科学技术研究项目(213034A)和国家自然科学基金项目(41171048, U1133601)的联合资助。
论文链接: https://link.springer.com/article/10.1007/s00027-019-0633-4