三峡水库香溪河库湾春季水华期间浮游生物大小组成时空动态及其对浮游动物下行控藻强度影响机制研究

Body size is one of the fundamental functional traits of organisms. Recent studies suggest that environmental changes alter the plankton size structure in aquatic ecosystems; however, ecosystem consequences of such changes remain unclear. Here, with the aid of FlowCAM to acquire the body size information of plankton individuals in the Xiangxi Bay of Three Gorges Reservoir, we will investigate the spatiotemporal dynamics of plankton size structure and its relationships with environmental factors during the spring phytoplankton blooms period. In addition, we will examine how the variation of plankton size structure affect the strength of top-down control of zooplankton over phytoplankton in aquatic ecosystem. The hypotheses we plan to test here are: i) flatter phytoplankton size spectrum lessens the strength of top-down control of zooplankton over phytoplankton; ii) flatter zooplankton size spectrum enhances the strength of top-down control on phytoplankton; iii) increasing phytoplankton size diversity lessens top-down control on phytoplankton; iv) increasing zooplankton size diversity enhances top-down control on phytoplankton. By testing our novel hypotheses from the viewpoint of body size, our research may have an important contribution to understanding the mechanisms of the dynamics planktonic trophic structure and their interactions, as well as the field of ecological control of phytoplankton blooms with zooplankton.

个体大小是生物体的一个重要的功能性状。最新研究表明富营养化和全球气候变暖将会显著的改变浮游生物个体大小组成。然而浮游生物大小组成上的变化对生态系统结构和功能影响的研究仍十分有限。本研究拟利用FlowCAM流式影像仪快速扫描水体中浮游植物、浮游动物个体大小，研究三峡水库香溪河库湾春季水华暴发期间浮游生物大小组成变化与环境因子之间的关系，以及浮游生物大小组成变化对浮游动物下行控藻效应强度影响的机制。本研究拟验证生物大小影响浮游动物下行控藻效应强度机制的假说包括：相对平缓的浮游植物粒径谱斜率将减弱浮游动物下行控藻强度（H1），相对平缓的浮游动物粒径谱斜率将增强浮游动物控藻强度（H2），浮游植物大小多样性能够减弱浮游动物下行控藻强度（H3），浮游动物大小多样性能够增强浮游动物下行控藻强度（H4）。本研究对于揭示浮游生物营养级结构及其相互作用的机制以及开展浮游动物生态控藻均具有重要的理论与应用价值。

个体大小是生物体的一个重要的功能性状。最新研究表明富营养化和全球气候变暖将会显著的改变浮游生物个体大小组成。然而浮游生物大小组成上的变化对生态系统结构和功能影响的研究仍十分有限,特别是在三峡水库这种新建成的特大型水利工程。本项目从时间和空间尺度2个维度上系统分析了浮游生物大小组成变化（对数粒径谱和大小多样性）与环境因子之间的关系及其对浮游动物下行控藻效应强度的影响机制。研究发现，从三峡水库香溪河库湾典型代表样点XX02长时间序列数据统计结果来看，2006-2011年间，浮游动物大小多样性变化幅度为20.03 ~ 25.30，而对数粒径谱斜率变化幅度为-1.91 ~ -1.04。与环境因子相关性分析结果表明浮游动物大小多样性变化主要与总氮和pH相关；对数粒径谱斜率变化主要与可溶性磷酸盐浓度相关。从空间尺度上看，香溪河库湾下游（靠近长江）的样点的浮游动物大小多样性略高于库湾上游样点，而库湾上游河湖交替区样点的对数粒径谱斜率数值显著低于其它样点。浮游动物大小多样性与水体透明度、总氮、硝酸盐氮、总磷、可溶性硅酸盐、电导率和pH显著相关；对数粒径谱斜率主要与总氮、硝酸盐氮、可溶性硅酸盐、水温显著相关。从浮游动物大小多样性与对数粒径谱斜率变化对浮游动物下行控藻效应强度关系研究成果来看，无论是时间尺度还是空间尺度上的分析，均发现浮游动物大小多样性与浮游动物下行控藻效应强度有显著的正相关，说明浮游动物大小多样性能够增强其下行控藻效应强度。而本研究并未发现浮游动物对数粒径谱斜率变化与浮游动物下行控藻效应强度之间存在显著的统计学关系，说明浮游动物对数粒径谱斜率变化对其下行控藻效应强度无显著的影响。本研究对于揭示浮游生物营养级结构及其相互作用的机制以及开展浮游动物生态控藻均具有重要的理论与应用价值。