南亚热带水库滤食性鱼类在磷循环再生与分配中的作用

In (sub)tropical lakes, nutrient regeneration is expected to be high and support relatively more primary production due to high annual average temperature. Filter-feeding fish have been extensively used for fish production or phytoplankton control in many Chinese (sub)tropical reservoirs. However, they are ineffective in filtering particles <10 µm. Small phytoplankton might flourish due to the reduction in large phytoplankton, their competitors for nutrients, thereby overcoming any reduction in large phytoplankton by fish. Furthermore, food chain efficiency tends to be low at high light. Then, does stocking of filter-feeding fish accelerate the phosphorus regeneration rate through shifting the size spectrum of plankton towards greater dominance by smaller organisms and serve as phosphorus source for phytoplankton in Chinese (sub)tropical reservoirs? To answer this question, we will analyze phosphorus regeneration, phosphorus partition among plankton, and fish communities in 20 (sub)tropical reservoirs, and enclosure experiments will be conducted under different fish density and SRP vs. particulate phosphorus addition. We also will construct a phosphorus cycling model to analyze the mechanism of phosphorus regeneration by filter-feeding fish.

在南亚热带地区水体，常年水温高，磷循环速率快，单位磷比温带水体维持更高的初级生产力。基于水质改善或水产养殖目的，南亚热带水库普遍放养滤食性鱼类。但是，受鳃耙间距限制，滤食性鱼类只能滤食粒径>10微米的颗粒，易于促进小粒径浮游植物生长。另外，常年较高的光照强度也容易导致低的食物链传递效率。在这种情况下，滤食性鱼类的放养是否通过浮游生物小型化加速磷的循环再生，成为浮游植物的磷源？基于上述问题，以南亚热带滤食性鱼类放养水库为对象，监测分析滤食性鱼类放养前后水库磷循环再生与分配特征；基于围隔实验，模拟不同放养密度及不同类型外源磷输入，分析初级生产力、磷循环再生与分配、食物链传递效率对鲢鱼放养的响应特征；构建磷循环模型，模拟分析滤食性鱼类对磷循环再生与分配的调节机制。本项目的研究有助于认识滤食性鱼类放养、磷循环再生与生态系统结构之间的关系，为今后南亚热带水库水质管理提供理论和数据。

基于控制浮游植物和水产养殖目的，南亚热带水库普遍放养鲢、鳙。但是，有关鲢、鳙对浮游植物的影响并不清晰。受鳃耙间距限制，鲢、鳙过滤>10微米颗粒效率相对较高，可以抑制群体和小型浮游植物的生长，降低小型浮游植物对微型游植物的磷竞争压力。我们假设：1）通过定期捕捞，鲢、鳙是南亚热带水库生态系统的磷汇；2）鲢、鳙对磷循环的影响程度超过它们的牧食影响，是浮游植物的磷源。以南亚热带23座放养鲢、鳙的水库为对象，比较分析了鲢、鳙鱼苗投放后和成鱼捕捞后的营养结构变化；以两座不同磷输入形式（无机溶解态vs颗粒有机态）的水库为对象，比较分析了营养结构的差异及其调节因素；基于围隔实验，分析了在无机溶解态磷输入条件下，鲢生物量对营养结构、动物磷排泄率、磷在浮游生物中分配的影响；基于围隔实验，分析了在有机颗粒态磷输入条件下，鲢生物量对营养结构、动物营养盐排泄率、磷在浮游生物中分配的影响；基于围隔实验，分析了不同生长阶段鲢的食性，以及对营养结构、动物营养盐排泄率、磷在浮游生物中分配的影响。在丰水期投放鲢、鳙鱼苗，枯水期捕捞成鱼的模式下，由于捕捞量超过投放量，流域输入的磷一部分被鲢、鳙所利用并随被捕捞的鲢、鳙离开水库，鲢、鳙是水库生态系统的磷汇。鲢、鳙虽然可以滤食>10微米的浮游植物，但它们一方面直接摄食陆源颗粒态有机磷，降低陆源有机颗粒态磷的沉降率，排泄出溶解态无机磷供浮游植物利用；另一方面通过摄食浮游动物，改变浮游动物群落结构，使浮游动物小型化，降低浮游动物对浮游植物的牧食压力及浮游动物对磷沉降的贡献，减少磷在浮游动物中的配额，成为浮游植物的磷源，导致单位磷可以承载更高的浮游植物产量。低密度放养鱼苗，鲢、鳙作为生态系统磷汇的强度高于高密度放养成鱼，相反，作为浮游植物磷源的强度小于高密度放养成鱼。对于富营养型水库，如果水库水质管理是以降低浮游植物总生物量，提高水体透明度为目标的话，单靠放养鲢、鳙是难以达到目的，甚至起到反作用。可行的管理模式是：削减外源磷的输入负荷；低密度放养鲢鱼苗，捕捞成鱼；适当放养肉食性鱼类，控制以浮游动物为食的小型野杂鱼类。