浅水湖泊摇蚊幼虫对于气候变暖和富营养化的响应和机制

The responses of lake ecosystem to the coupled effect of climate warming and eutrophication has become a interesting research topic in the international Limnology. However, most of the studies focus on the factors of physical and chemical factors and the phytoplankton, and researches on primary consumers less concerned. Here the Chironomidae larvae are used in shallow lakes in East China as a model taxa to examine the coupled effects of climate warming and eutrophication. The field data from shallow lakes along latitude and nutrient gradients of East china is used to analyze the community structure and relationship with environmental factors and evaluate the effects of warming and nutrient enrichment on Chironomidae larvae. The combining methods of modern the limnology and paleolomnology are chosen to studied the long-term ecological and environmental succession of typical shallow lake. To track Chinromidae changes in response to the interactive effects of climate warming and eutrophication, succession of Chirnomidae are analized combining with muti –proxies of lacustrine sediment in the past nearly hundred years. Mesocosm experiments will be conducted to study the effects of warming and nutrient enrichment on of Chironomidae larvae, which will reveal the mechanisms based on individual development, life history and emergence time of typical species. This study will fill the knowledge gap of Chironomidae succession under eutrophication and climate warming, and became a guiding significance to carry out lake management of east areas in China.

气候变暖与富营养化协同作用下湖泊生态系统如何响应已经成为国际湖沼学研究的一个热点问题，然而多数研究集中于生源要素以及浮游植物等有限几个方面，对于湖泊初级消费者的研究较为缺乏。本项目以浅水湖泊重要的环境指示生物－摇蚊幼虫为研究对象，首先利用时空转换的方式对我国东部不同纬度浅水湖泊摇蚊幼虫群落结构及其影响影子开展研究，重点关注温度梯度和营养水平对于摇蚊群落结构的影响特征，同时利用古－今湖沼学方法相结合的方法分析典型浅水湖泊浅钻沉积相关指标的演化特征，对照现生的监测数据比较并矫正偏差，分析湖泊富营养和气候变暖过程中摇蚊的响应特征。最后通过实验生态学手段，模拟气候变暖和营养水平升高下摇蚊个体发育的响应特征，定量评价摇蚊幼虫对于气候变暖和富营养化单独或者协同作用下的响应机制。研究的完成将对全球气候变暖背景下东部地区湖泊富营养化的发展趋势和湖泊治理提供科学依据。

湖泊生态系统对于富营养化与气候变化响应已经成为国际湖沼学研究的一个热点问题，本研究以底栖动物特别是摇蚊为主要对象，从野外到实验多角度研究其对于富营养化和气候变化的响应特征和机制。研究主要的结果如下：1）两个城市湖泊-武汉东湖和南京玄武湖富营养化优势种-红裸须摇蚊幼虫季节垂直迁移显著，春夏季后两湖的老世代和新世代红裸须摇蚊先后下潜到深层沉积物中，秋冬时期两湖的红裸须摇蚊均主要分布于深层沉积物中（>30 cm深度的沉积物），温度很可能是红裸须摇蚊垂直迁移的驱动因子；2）红裸须摇蚊在18 ℃条件下的呼吸速率显著低于6 ℃和12 ℃（P<0.01），表明红裸须摇蚊在低温条件下生理活性更高。无氧条件下密封培养红裸须摇蚊的环境水中均检测到乙醇，且其浓度随着氧胁迫时间的延长显著增高（P<0.01）。红裸须摇蚊休眠过程中，氧胁迫条件下很可能进行以乙醇为最终代谢产物的无氧呼吸作用，该特性可能也是其极端富营养耐受性的重要机制；3）研究了红裸须摇蚊次级生产力，生物量主要累积在冬春季，玄武湖红裸须摇蚊年生产量为116.97 g/(m2·a)，周年P/B系数3.89，东湖玄武湖红裸须摇蚊年生产量为165.725 g/(m2·a)，周年P/B系数3.87。具有非常高的次级生产力，该物种的渔业应用潜力很大。4）通过模拟温度、营养盐协同效应来分析底栖动物群落的响应，发现增温或者营养盐添加均能够促进环棱螺的生长，不同处理组螺增重依次为增温组>营养盐+增温组>营养盐添加组>对照组。5）太湖不同湖区底栖动物群落结构变化受到沉积物性质、风速下降、渔业捕捞（鱼类捕食压力）为多数湖区共同影响因子。不同湖区来看，风速下降对底栖动物的影响在湖心区更为重要，营养盐的变迁主导着西北湖区以及竺山湾底栖动物的变化，草型湖区生态系统较为稳定，受气候变化和富营养化的影响相对较弱。气候变化和富营养化将使未来湖泊生态系统主要影响因子，本研究的完成研究的完成将对全球气候变暖背景下东部地区湖泊富营养化的发展趋势和湖泊治理提供有益的科学依据。