低污染干扰条件下河流周丛生物的生态计量变化及其养分驱动机制研究

中国东部河流水生态系统普遍存在退化过程，周丛生物作为河流主要初级生产力，是保持河流生态系统完整性的基础，其种群结构特征也表征了水体健康状况。在水体养分存在宽幅变动的低污染河流中，揭示河流生态系统结构和功能与水质过程（尤其是养分过程）之间的胁迫作用，需认识周丛生物的生态计量变化过程，及其受水体养分驱动的机制。本研究针对低污染干扰条件下河流周丛生物的生态计量变化及养分驱动机制关联问题，选择海河流域滦河水系上游河段为对象，基于河流水质过程监控和周丛生物种群分布特征，综合利用生态计量学方法和同位素示踪技术，通过定量研究河流水体养分（N、P）对周丛生物生态计量（C、N、P）变化的影响过程，建立水体养分驱动下河流周丛生物的生态计量变化模式，揭示低污染干扰条件下河流周丛生物生态计量变化规律、驱动机制及其生态学效应，初步摸清河流周丛生物生态计量比对水体养分状态的指示关系，为河流生态系统修复提供科学依据。

周丛生物作为河流主要初级生产力，是保持河流生态系统完整性的基础，但河流水体养分驱动下周丛生物生态计量变化过程及其机制尚不清楚，亟需搭建河流水质过程与周丛生物种群结构之间的桥梁。本研究选择海河流域不同养分梯度河流为对象，利用生态计量学方法，定量研究河流水体养分对周丛生物生态计量变化的影响过程，揭示不同养分梯度河流周丛生物群落结构的生态计量变化规律及重金属富集规律。结果表明：潮白河流域河流周丛生物占据主要初级生产力，周丛生物体中C、N、P元素间均存在相关性，其中N在周丛生物群落的元素组成中起“桥梁”作用；当河流养分呈从低浓度到高浓度的梯度变化时，周丛生物群落与之相对应呈现三种形态类型：Type A--以单细胞硅藻为主的层状周丛生物；Type B--以单细胞硅藻附生在丝状绿藻上生存为特征的混合型周丛生物；Type C--以丝状绿藻为主的单一型周丛生物。三种类型周从生物生存水体的养分状态分别对应贫营养化、中营养化、富营养化，并且其生态计量比显示C:N比值分别为14、12、10；N:P比值分别为47、24、19，并逐渐接近Redfield比值；河流水体中NH4+-N浓度是周丛生物分布和类型变化的关键影响因子；周丛生物类型从Type A向Type C变化会引起Cu污染风险显著增加，但Cr、Ni和Pb污染风险呈下降趋势，Ni可很好地指示周丛生物对Cr、Ni和Pb富集程度；单细胞硅藻在周丛生物群落结构中的比例是影响中华圆田螺（C. chinensis）重金属富集的关键因子。本研究建立水体养分驱动下河流周丛生物生态计量变化模式，初步摸清河流周丛生物生态计量比对水体养分状态的指示关系，将为海河流域河流水生态健康修复提供科学依据。