水位波动对泛滥平原湖泊鱼类物种、分类和功能多样性的影响

Water level fluctuations (WLFs) are critical for the maintenance of fish communities in floodplain lakes. During the long period of adaptive evolution, fish species in floodplain lakes possess WLFs-related life history strategies, and community assembly rules. However, the study on the effect and mechanism about how WLFs influence fish communities remains yet limited. We address this issue by choosing Lake Caizi, with quasi-natural WLFs, as a case study. Vertical and horizontal WLFs are investigated to depict how they affect different aspects of fish diversity, including structural diversity, taxonomic distinctness and functional diversity (based on swimming, feeding, reproduction, habitat related functional traits). For vertical WLFs, temporal changes of structural, taxonomic, and functional diversity are examined in site and basin scale. Thus, we could detect the impacts of temporal WLFs on fish communities and the scale effect of the impacts. For horizontal WLFs, the variations of structural, taxonomic and functional diversity subjected to different microhabitats and water depth gradients are examined. In this way, we could identify the response of fish communities to spatial WLFs. We hope the revelation of how WLFs affect fish communities can provide important background for water level regulation and fish fauna conservation in floodplain lakes.

水位波动是制约泛滥平原湖泊鱼类群落的关键因子，鱼类在长期进化过程中形成了与水位波动相关的生活史对策和群落组成分布规律。尽管如此，目前针对泛滥平原湖泊水位波动对鱼类群落影响的研究非常匮乏。本研究选取水位近自然波动的菜子湖开展鱼类资源调查，利用物种多样性指数、分类差异性指数和功能多样性指数（基于与鱼类生存密切相关的游泳、摄食、繁殖、生境偏好等方面的功能性状）作为量化指标，综合探讨水位的纵向和横向波动对鱼类群落的影响。在水位的纵向波动中，分别从样点和流域尺度，分析水位时间变化下鱼类物种、分类和功能多样性的差异，探讨水位时间变化对鱼类群落的影响以及该影响的尺度效应。针对水位的横向波动，通过比较不同微生境和水深梯度下鱼类物种、分类和功能多样性的差异，揭示鱼类群落对水位空间变化的响应。本项目的开展有利于科学评估水位波动对鱼类群落的生态效应，为泛滥平原湖泊水位调控和鱼类资源保护提供理论依据。

本项目通过对长江流域水位呈近自然波动的菜子湖流域开展鱼类资源调查，分析了该流域不同水位波动条件下鱼类物种和功能多样性格局（alpha 和beta）的变化规律。首先，对不同水位条件下菜子湖主湖区鱼类的物种和功能组成进行比较，发现高水位条件下鱼类的物种和功能多样性均显著更高，这可能与长江洪范带来的鱼类资源补充有关；低水位条件下物种和功能多样性显著更低且耐污种的丰度明显增加，这可能与水位退去湖泊营养盐沉降引起生境滤过作用加强有关，本研究中低水位条件下总氮、硝氮和氨氮确实显著高于高水位时期。其次，通过比较菜子湖和长江连通的江湖过渡带鱼类alpha多样性在洪枯条件下的变化，证实长江干流通过周期性的洪范作用对菜子湖的鱼类有重要的功能补充作用。研究结果显示在洪水期，G2、G9和G10功能群（主要是一些流水型的鲿类、鮈类和鳅类）在长江洪水脉冲的驱导下通过江湖过渡带进入泛滥平原湖泊进行补充。同时，菜子湖江湖过渡带的物种数和3种功能多样性指数（FRic、FDiv和FDis）也在洪水期显著高于枯水期，这表明维持菜子湖周期性的洪范和水位连通对鱼类alpha多样性的维持有重要意义。之后，利用PERMANOVA分析比较不同水位波动条件下beta多样性格局的差异，发现高水位的洪水脉冲会在区域尺度引起整个泛滥平原鱼类物种和功能上的同质化；然而在局域尺度，流水生境斑块（江湖过渡河道）随水位的洪枯变化始终保有显著更高的总beta多样性和beta轮转。进一步，通过比较不同生境斑块对总beta多样性的贡献值（LCBD）发现，菜子湖与长江干流的过渡河道（流水生境斑块）始终享有显著更高的LCBD值，表明过渡河道的鱼类群落在水位的洪枯变化过程中呈现出更高的独特性和趋异化，因此应该作为维持鱼类集合群落多样性的重点区域进行保护。本研究从多样性的不同维度（alpha和beta）揭示了水位波动对泛滥平原鱼类群落的影响过程和机制，提出了周期性的洪范和江湖连通河道在维持泛滥平原鱼类多样性中的重要作用，可以为泛滥平原湖泊的鱼类资源保护提供理论依据。