气候变暖与富营养化双重作用下浅水湖泊螺类的响应及其机理

Population and community structure of primary consumer link to energy transfer efficiency of food web. Many shallow lakes in China undergo serious eutrophication in climate warming envelope. How will primary consumer respond to coupled effects of climate warming and eutrophication remains less concerned. Here, we will use gastropods in shallow lakes in East China as a model to examine the coupled effects of climate warming and eutrophication. Based on current ecological theories and related studies, we hypothesize that: (1) climate warming will depress density and biomass of gastropods, and induce declined body size; (2) nutrient enrichment will promote density and biomass of gastropods, with numbers of small and large individuals will both increase; (3) climate warming will weaken the positive effect of nutrient enrichment on density and biomass. To test these hypotheses, field data from shallow lakes along latitude and nutrient gradients were used to examine the effects of warming and nutrient enrichment on density, biomass and body size distribution of gastropods. Mesocosm experiments will be conducted to determine the individual and combined effects of warming and nutrient enrichment on population and community structure of gastropods. This is used to reveal the mechanisms based on life history studies of typical species. This study will fill the knowledge gap of gastropods community succession under eutrophication and climate warming, and provide scientific support for gastropod conservation.

初级消费者的种群特征和群落结构关系着食物网能量传递效率。富营养化是我国浅水湖泊面临的主要环境问题，在当今全球气候变暖趋势下，初级消费者如何响应？现有认识还相对匮乏。本项目拟以我国东部地区浅水湖泊螺类为研究对象，基于生态学理论和已有研究，提出假设：气候变暖将降低螺类密度和生物量，导致个体大小小型化；营养盐浓度上升将提高螺类密度和生物量，导致个体大小分布两极化；气候变暖和富营养化双重作用时，变暖将削弱营养盐升高对密度和生物量的正效应。为验证上述假设，拟通过野外调查纬度梯度和不同营养水平湖泊，利用空间替代时间的方法，研究温度升高和富营养化对螺类密度、生物量、大小分布的影响；基于控制模拟实验，研究变暖和富营养化及其交互作用对种群特征和群落结构的影响，并结合典型种类生活史变化的研究探讨其影响机理。本研究将加深气候变暖趋势下富营养化进程中螺类群落演替规律的认识，并为螺类资源保护提供科学数据支撑。

富营养化是我国浅水湖泊面临的主要环境问题，在当今全球气候变暖趋势下，关于湖泊中初级消费者的响应机制认识还相对匮乏。本项目以浅水湖泊螺类为研究对象，通过野外调查和模拟实验相结合的手段，研究了螺类种群特征和群落结构对气候变暖与富营养化双重作用的响应。（1）基于纬度和经度梯度湖泊野外调查，并进一步开展了我国212个流域淡水软体动物螺类和腹足类物种数据的汇编工作，计算了物种丰富度、功能丰富度和系统发育多样性三个多样性指数，分析了Alpha和Beta多样性的地理格局及驱动因素，结果表明，能量梯度和扩散/地史过程对我国软体动物丰富度格局具有强烈影响，表明气候条件（温度、初级生产力）等因素是影响淡水螺类和双壳类分布和多样性的关键因素，分类和系统发育多样性主要受到扩散限制的影响，而功能多样性主要受到气候能量梯度的影响。（2）基于中宇宙模拟实验，研究了气候变暖与富营养化双重作用下螺类生理生态响应。结果发现，升温导致螺种群数量增加、成体个体变小，加磷组促进了螺类繁殖力，升温与富营养化双重作用对螺种群的影响存在交互作用，升温削弱了P增加对环棱螺种群数量的正效应。群落组成方面，气候变化和富营养化共同作用下，会导致螺类小型化发展，耐低氧能力更强的“肺”螺亚纲种类优势度增加，结果印证了本项目提出的科学假设。代谢组学和肠道微生物分析发现，增温和营养盐添加均能够促进螺类的新陈代谢增加，糖类、氨基酸类代谢加快，但是营养盐添加组在显著差异代谢物数量上要少于增温组，增温+营养盐添加组与增温组相比，出现了脂类代谢通路的激活。双重作用下的螺肠道微生物群落结构与其余处理组有显著差异，具体表现为变形菌的减少、厚壁菌、放线菌的增加，肠道微生物群落差异可能与螺类脂肪酸代谢有关。本项目研究结果加深了对气候变暖背景下富营养化进程中螺类群落演替趋势和机理的认识，可为螺类资源保护提供科学数据支撑。