東北地理所在氣候變化增強了氮形態(tài)對浮游植物優(yōu)勢種演替的驅(qū)動作用取得新進展
營養(yǎng)鹽濃度及比例、光照強度和溫度是影響浮游植物優(yōu)勢種演替的主要因素。盡管有這些見解，但高渾濁湖泊中優(yōu)勢種演替機制仍然是一個問題，尤其是如何應(yīng)對氣候變化的響應(yīng)。
為了進一步揭示泊浮游植物演替的內(nèi)在機制及其對氣候變化的響應(yīng)，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水文與水資源學(xué)科組研究人員基于近十年（2012-2022）查干湖浮游植物生物量和藻密度數(shù)據(jù)進行了優(yōu)勢種演替分析；并利用結(jié)構(gòu)方程模型和湖泊水動力-水質(zhì)-藻華綜合模型解析浮游植物優(yōu)勢種演替的內(nèi)在機制；最后，模擬不同氣候變化情景下各類型浮游植物生物量的演變趨勢。
結(jié)果表明：2012-2022年，查干湖浮游植物優(yōu)勢種從硅藻轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)藻（圖1）。基于結(jié)構(gòu)方程模型解析了這一演替的主要環(huán)境變量包括水溫、總氮（TN）、總磷（TP）和氨氮（NH4-N）以及總懸浮顆粒物（TSS）。為了進一步探索浮游植物演替的驅(qū)動機制及其對氣候變化的響應(yīng)，我們構(gòu)建了一個綜合的水動力-水質(zhì)-藻華綜合模型來模擬多環(huán)境因子作用下各類型浮游植物生物量的演變（圖2）。發(fā)現(xiàn)了營養(yǎng)物質(zhì)的不同比例決定了浮游植物優(yōu)勢物種的演替。在渾濁水體中，高NH4-N:NO3-N比值有利于藍(lán)藻生長，抑制硅藻生存。此外，硅藻（30.77%vs22.28%）和綠藻（30.56%vs23.30%）的生物量比例急劇下降。相比之下，隨著NH4-N:NO3-N比值的增加，藍(lán)藻豐度顯著增加（35.78%-51.71%）。此外，當(dāng)TN:TP≥20和NH4-N:NO3-N≥10時，非固氮藍(lán)藻生物量占比高于固氮藍(lán)藻。值得注意的是，在SSP585情景下，氣溫上升3.0℃時，藍(lán)藻生物量達到基線情景的3-6倍。我們強調(diào)了氮形態(tài)對浮游植物優(yōu)勢種演替的影響，氣候變暖將增強氮形態(tài)對優(yōu)勢種轉(zhuǎn)變的驅(qū)動作用（圖3），為控制藍(lán)藻水華提供了科學(xué)依據(jù)。
圖1?查干湖2012-2022年退水期和非退水期浮游植物密度和物種比例的動態(tài)變化。（a）和（b）表示有和沒有退水時藻類密度的變化；（c）和（d）表示有和沒有退水時藻類比例的變化
圖2?湖泊水動力-水質(zhì)-水華綜合模型概念圖
圖3 氣候變化增強了氮形態(tài)對浮游植物優(yōu)勢種演替的驅(qū)動作用
該研究發(fā)表在國際期刊Water Research上，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所劉雪梅助理研究員為第一作者，章光新研究員為通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項課題（XDA28020500）、國家基金委（U23A2008、42207088和42101051）等的共同資助。
論文信息：Liu, X., Zhang, J., Wu, Y., Yu, Y., Sun, J., Mao, D., Zhang*, G. Intensified effect of nitrogen forms on dominant phytoplankton species succession by climate change. Water Research, 2024, 264(6): 122214.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122214
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