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中营养化湖泊生态与水文环境演变研究取得进展

  全球多数湖泊正面临着富营养化的威胁,尤其是处于生态系统转型关键期的中营养化湖泊。浮游动物枝角类,是湖泊内部生态系统中的初级消费者,尽管体型偏小(体长0.2-1.2 mm)左右,却是湖泊内部食物链的重要组成部分,对物质能量流动具有重要的传递作用。然而,目前这类中营养化湖泊内部浮游生物结构随着营养水平加剧而发生相应变化的研究并未得到足够多的关注。 

  在国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和科技部基础性工作专项等项目的联合资助下,薛滨研究员团队以长江下游一个典型的中营养化湖泊南漪湖为例,全湖采集三个点位的沉积岩芯和季节性水体样品,着重分析沉积物和水体中微型甲壳类浮游动物枝角类的群落组成与丰度特征,并结合地球化学指标和以210Pb137Cs为基础建立的年代框架,探究南漪湖枝角类属种结构的长期演变特征及其对湖泊内部营养和水文环境变化的响应研究。本项研究结果表明,以象鼻溞属为代表的枝角类是南漪湖的优势种;象鼻溞及枝角类总浓度的变化与湖泊营养盐浓度增加、南漪湖周边耕地面积变化、极端水文事件关系密切;分析结果揭示了南漪湖正处于中营养水平向富营养化转变的关键期,尤其是自20世纪70年代以来湖泊营养水平和水位均有所上升。因此,应尽快采取有效的管理措施,以遏制南漪湖富营养化的加剧态势。相关研究成果发表在国际知名期刊Catena上。全文链接:DOI: 10.1016/j.catena.2021.105630 

  首先,三孔沉积岩芯分析结果表明,象鼻溞是南漪湖最主要的优势种,以中贫营养指示种B (E.). longispina为典型代表,三孔的平均浓度均超过50%。自1970s以来,象鼻溞的总丰度呈现增加趋势,Chydorus sphaericus. sl., Alona spp., Graptoleberis testudinaria 等沿岸种的丰度则趋于下降,由此指示了南漪湖的营养水平正在逐步增加,生态型逐渐向藻型环境转变(图1)。 

  其次,南漪湖不同湖区枝角类密度和组成结构显著不同。湖区东部枝角类的丰度(尤其是象鼻溞)显著高于湖区西部(NY-3的平均丰度为67%NY-1NY-2的平均丰度为82%)(图1)。这是由于东湖区(NY-1NY-2)靠近主要河流郎溪河和新郎溪河入湖口,该区域水位波动较大,且水位较深且宽,沉积物以砂质为特征;西湖区相对较浅,水生大型植物发育,沉积物则以淤泥为主。沉积速率和沉积环境的差异、水位波动及过度捕捞鱼类等均对枝角类的丰度和组成产生了影响(图2)。 

1 南漪湖三孔沉积岩芯枝角类化石群落组成与结构 

2南漪湖东部湖区NY-1孔沉积速率、象鼻溞浓度、枝角类丰度和郎溪县围垦面积的变化趋势

  最后,过去两百年间,南漪湖流域范围内极端气候事件的发生与枝角类浮游种和沿岸种的比值(P/L)相对应,包括两次洪水记录对应P/L的高值段,三次干旱记录则对应P/L的低值段(图3)。尤其在1930-1950期间,象鼻溞的浓度和P/L值均保持较低水平,这与宣城县志所记录到的干旱期一致,由此推测南漪湖当时处于低水位时期。此外,同时期沿岸种浓度增加,枝角类总数下降也可以佐证当时湖泊水深较浅。长江中下游邻近南漪湖的其他湖区,也有类似记录,即温度增加、降水减少、湖泊水位下降等。1970s年以来,象鼻溞的浓度和P/L值趋于显著增加,指示了南漪湖营养水平和湖泊水位的增加。 


3 过去两百年来南漪湖极端气候事件发生与枝角类P/L对应变化