浮游生物多样性受损改变群落构建机制和网络稳定性

2021-07-26 15:30:12

当前,全球内陆淡水水体盐度普遍上升,这种现象被称为“淡水盐碱化综合征”。有模拟预测显示,淡水盐碱化将成为未来全球的重要生态环境挑战之一。

中科院城市环境研究所水生态健康研究组杨军团队发现,盐度是塑造淡水微型真核浮游生物群落动态的主要驱动力。该研究为城市水体浮游生物群落生态以及盐度小幅度变化的生态效应提供了新见解。相关成果近日发表于《微生物组》。

淡水盐碱化的威胁

“人类可直接利用淡水,不能直接利用海水。淡水盐碱化会严重影响饮用水资源,破坏基础设施,例如,给水排水管道系统更容易腐蚀受损等。”中科院城市环境研究所研究员杨军告诉《中国科学报》,“此外,在自然生态系统中,盐碱化会危害淡水生态系统健康,高盐度胁迫可导致淡水生物的适合度降低、畸形率增加、死亡率升高。”

此外,有研究表明,环境中增加的盐可以与土壤和基础设施相互作用,释放出大量金属、溶解固体和放射性粒子的混合物。淡水盐碱化综合征会使饮用水含毒,并对人类健康、农业生产、基础设施、野生动物和生态系统造成负面影响。

“引起淡水盐碱化的因素很多,包括自然因素和人为因素:海平面上升、海水入侵、全球气候变化、人类活动等。”杨军补充说,“全球气候变化将有可能极大改变全球的温度和降水模式,从而加剧内陆水体盐碱化程度,比如,降雨量下降、蒸发量上升。此外,污水排放、采矿、农业施肥等,都会影响水体盐度。”

小幅变化影响巨大

尽管淡水盐碱化已引起科学家的警觉,但国际上关于内陆水体小幅度盐度变化对微型真核浮游生物群落的影响过程与效应的研究却很少。

为揭示小幅度盐度变化背景下,微型真核浮游生物群落的构建机制和网络稳定性,杨军等人在福建省厦门市集美区最大的景观水体(杏林湾水库)建立了长期定位生态观测研究站。研究收集并分析了杏林湾水库连续13个月的观测数据,发现研究期间盐度最低为0、最高为6.1‰。

“结果表明,盐度的小幅度增加导致微型真核浮游生物群落组成发生变化,生物多样性显著降低;盐度主要通过调控确定性—随机性过程的平衡来驱动微型真核浮游生物群落组成变化,即随着盐度的增加,确定性过程的相对贡献越来越重要;在低盐度条件下核心浮游生物网络的鲁棒性较高,而在中/高盐度条件下卫星浮游生物网络的鲁棒性更高。”该论文第一作者、杨军团队博士生莫媛媛对《中国科学报》说,“总体而言,盐度是塑造微型真核浮游生物群落动态的主要驱动力。”

“淡水盐碱化可以直接影响浮游生物群落,进而影响水生态系统及其服务功能。”杨军补充说,该研究以微型真核浮游生物群落为对象,揭示了在低盐度条件下,即使小幅度的盐度增加也足以施加选择性压力,降低浮游生物多样性,并改变群落构建机制和网络稳定性。

鉴于盐度的小幅度上升未来在内陆水体发生频率更高,在评估、模拟和预测盐度对沿海城市淡水生态系统的影响,以及城市水体的管理和保护时,应充分考虑浮游生物群落对盐度变化的响应。

统筹协调应对新挑战

淡水盐碱化水平主要通过水体盐度的变化进行评价。通常,淡水的含盐浓度在0.01‰至0.5‰。

“平均而言,1升海水含盐35克左右,1升淡水中含盐0.5克(万分之五)以下。”杨军说,“半咸水的含盐量在0.5‰至30‰之间,其中寡盐水含盐0.5‰至5‰、中盐水含盐5‰至18‰、多盐水含盐18‰至30‰。目前我们的研究发现,杏林湾水库最大盐度已经超出淡水范围,达到寡盐水和中盐水水平。”

有研究发现,当水体盐度达到一定阈值时,水生态系统将发生非线性突变。

“即水体盐度在达到浓度临界值时,其微小变化将导致水生态系统结构和功能产生巨大的未知变化。”杨军强调说,“但是,不同水体盐度阈值在不同地质背景、气候、人类活动下的变化等有待进一步研究。”

对此,杨军表示,应建立全球通用规范的采样方法、实验方案和建模标准,进行跨气候区的科研合作,为解决、缓解内陆水体盐碱化问题提供有效的科学指导和应对策略。

关闭
新闻速递