冰封期湖泊浮游生物动态：群落结构、垂直分布与繁殖策略的冬季生态学研究

本研究针对冰封期湖泊生态过程研究不足的现状，通过高分辨率采样揭示了加拿大西蒙库什湖冬季浮游生物的垂直分布与繁殖特征。研究发现异养微生物(HNF)主导冰下食物网，枝角类(Daphnia sp.)等18-22个浮游动物类群维持冬季繁殖，证实了冰封期生态系统的动态性，为气候变化下寒带湖泊冬季生态功能评估提供了关键基线数据。

　　

在广袤的寒带地区，每年有86%的湖泊会经历至少一个月的冰封期。这些冰封湖泊如同被按下暂停键的生态系统，长期以来被科学家们忽视。然而最新研究表明，冰层之下的生命活动远比想象的活跃——温度分层重组、光合作用受限、氧气消耗加剧，这些严苛条件如何影响浮游生物群落？随着全球变暖导致冰封期缩短（平均每世纪减少17±6.5天），理解冬季生态过程对预测全年湖泊功能至关重要。

加拿大魁北克大学希库蒂米分校（Université du Québec à Chicoutimi）的Jean-Simon Boulianne团队选择典型的北方湖泊西蒙库什湖（Lake Simoncouche）展开研究。这个面积0.8 km²的双季对流湖，每年冰封期长达5-6个月，是探究冰下生态过程的天然实验室。研究人员在2020-2021年冬季，通过6次采样（从秋季对流期到春季冰融）获取了温度、溶解氧、叶绿素a和浮游生物数据，揭示了冰封期浮游生物的生存策略。

关键技术方法包括：1) 使用RBR Concerto多通道记录仪进行水体剖面监测；2) 通过荧光分光光度法测定叶绿素a浓度；3) DAPI染色-荧光显微镜计数法区分异养(HNF)与色素纳米鞭毛虫(PNF)；4) 乌特姆沉降室进行浮游动物分类计数；5) 基于长度-干重回归模型的生物量估算。

主要发现

1. 1.

   能量途径转换

   冰封导致光合有效辐射(PAR)降低，使叶绿素a浓度从秋季的3.7 μg L^-1降至冬季最低0.35 μg L^-1。HNF:PNF生物量比从秋季的0.63升至春季的5.58，证实异养途径主导冰下食物网。

1. 1.

   浮游动物垂直分布

   27个浮游动物类群中，优势种为细巧低额溞(Leptodiaptomus minutus，占35%)等。表层(0 m)因低温(1.3-4.8°C)被多数生物回避，而7 m深水区(4-5°C)成为热避难所，尽管存在缺氧(最低2.5%饱和度)压力。

2. 2.

   冬季繁殖现象

   28%的L. minutus雌体在冰融期携带卵，枝角类如Daphnia sp.在冰下持续产生幼体（晚冬占比最高），轮虫Kellicottia sp.种群中>20%个体冬季怀卵。

科学意义

该研究首次系统揭示了冰下浮游生物的三维动态：1) 证实异养微生物环是维持冬季生态功能的关键；2) 发现浮游动物通过垂直迁移（避开表层低温与底层缺氧）和持续繁殖的策略适应冰封环境；3) 为气候变暖背景下冰封期缩短的生态效应评估建立基线。论文发表于《Journal of Plankton Research》，其揭示的冬季生态过程将重塑对湖泊全年物质循环的认知，特别是脂质储备（如L. minutus的类胡萝卜素）在连接冬-春能量流动中的作用值得后续研究。