三峡水库浮游植物多样性与初级生产力关系研究

Understanding the relationship between biodiversity and ecosystem functioning (BEF) is a central topic in ecological and environmental sciences. Most current BEF researches are focusing on the taxonomic diversity, however, the mechanism that how functional trait diversity affects ecosystem functions is still seldom addressed. Body size is one of the most important functional traits because it can affect the structure, stability and dynamics of food webs. Here we propose to investigate the spatiotemporal dynamics of phytoplankton taxonomic diversity, size diversity, phytoplankton gross primary production (GPP) and net primary production (NPP) in a typical tributary bay of Three Gorges Reservoir with an emphasis of the role of body size. More important, we plan to carry out a systematic research on the relationship of phytoplankton taxonomic and size diversity with primary production as well as the potential mechanisms according to the proposed hypothesis that phytoplankton size diversity has a more important effect on GPP and NPP than taxonomic diversity. This study can reveal the spatiotemporal dynamics of phytoplankton taxonomic diversity, size diversity, and the phytoplankton primary production in Three Gorges Reservoir, and help us better understand the relationship between phytoplankton diversity and primary production.

生物多样性与生态系统功能研究是现代生态环境领域研究的一个核心问题。当前关于生物多样性与生态系统功能研究主要关注物种多样性与生态系统功能关系，而关于生物个体功能性状多样性如何影响生态系统功能的研究仍十分匮乏。生物个体大小能够影响群落结构、稳定性和食物网动态，是有机体最重要的一个功能性状。本研究拟调查并揭示三峡水库典型支流库湾中浮游植物物种多样性、大小多样性、浮游植物总初级生产力（GPP）和净生产力（NPP）的时空动态规律。同时，基于我们提出的研究假说——大小多样性对浮游植物初级生产力的影响比物种多样性大，拟系统研究浮游植物物种多样性和大小多样性与初级生产力（GPP、NPP）之间的关系及水体初级生产力维持的潜在机制。本研究的开展对于揭示三峡水库浮游植物物种多样性、大小多样性、初级生产力的动态规律，深入了解浮游植物多样性与初级生产力之间关系具有重大的价值。

生物多样性与生态系统功能研究是现代生态环境领域研究的一个核心问题。当前关于生物多样性与生态系统功能研究主要关注物种多样性与生态系统功能关系，而关于水域生态系统中功能多样性如何影响生态系统功能的研究任然较为缺乏。本研究通过历史数据整理和野外长期定位监测，全面系统研究了三峡水库典型支流库湾香溪河库湾浮游植物群落组成、浮游植物多样性、浮游植物初级生产力的时空动态规律及其驱动因子,并从物种多样性和功能多样性的角度系统比较研究浮游植物多样性与浮游植物生产力之间的关系，重点探讨了浮游植物多样性对初级生产力及其它生态系统功能的影响机制，验证浮游植物多样性能够增加浮游植物初级生产力的研究假说。研究发现，三峡水库香溪河库湾浮游植物采集到浮游植物79种（含变种），分属于7门39属。以绿藻门（38种）、硅藻门（21种）、蓝藻门（9种）的浮游植物为主。春季和夏季浮游植物物种数较多，秋季和冬季较少，物种数最少的季节为秋季，最多的为夏季。RDA分析发现水温、营养盐浓度（DSi、PO4-P、NO3-N）、非藻类浊度是驱动香溪河库湾浮游植物群落演替的主要因子。基于高频溶解氧数据计算香溪河库湾初级生产力，发现香溪河库湾初级生产力(GPP,NPP)在夏季最高，春季次之，随之是秋季，最后冬季最低。GPP、NPP在一年四季间均存在显著差异（Mann–Whitney U检验，P<0.001）。广义线性模型结果表明：叶绿素a、总氮与总初级生产量（GPP）存在正相关关系，而可溶性硅（DSi）与总初级生产量（GPP）则是负相关关系。进一步分析，发现物种丰富度(Richness)和功能丰富度(FRic)均与总初级生产量（GPP）具有显著的正相关关系且功能丰富度(FRic)对GPP的解释率显著高于物种丰富度Richness,这一结果支持了我们的研究假说1浮游植物多样性能够促进水体初级生产力和研究假说2功能多样性对浮游植物初级生产力的影响大于物种多样性。本研究的开展对于揭示三峡水库浮游植物多样性与水体初级生产力动态规律，深入了解浮游植物多样性与生态系统功能关系具有重要的价值。