气候变暖对浅水小型水体生态系统生物调控效果的影响：以浮游动物动态和富营养化缓解为焦点

本研究针对气候变暖加剧浅水小型水体生态系统（SWE）富营养化的问题，通过建立校准的一维湖泊生态系统模型（WET），模拟了四种气候变暖情景下鱼类移除与水生植物重建对浮游动物群落动态及富营养化缓解效率的影响。结果表明，温度升高1°C至3.7°C时，水生植物重建通过提升营养级传递效率，使叶绿素a（Chl a）降低24%-48%，效果显著优于鱼类移除（仅降低8%-23%），为全球变暖背景下湖泊管理提供了科学依据。

　　

在全球气候变暖的背景下，浅水小型水体生态系统（SWE）正面临前所未有的挑战。温度升高不仅加速了水体富营养化进程，还导致食物网结构简化、水质恶化，尤其对生态敏感的小型水体造成毁灭性打击。更令人担忧的是，传统用于缓解富营养化的生物调控手段（如鱼类移除和水生植物重建）可能因气候变暖而失效，甚至产生反效果。这种"双重夹击"的困境，使得寻找适应气候变化的湖泊管理策略成为当务之急。

为破解这一难题，Chen Zhang团队选择克罗地亚Sutla河牛轭湖为研究对象，采用经过校准的水生态系统工具（WET）模型，创新性地将气候变暖对生物调控效率的影响纳入科学假设框架。该模型整合了轮虫（rotifers）、枝角类（cladocerans）和桡足类（copepods）三大浮游动物类群，通过模拟IPCC四种升温情景（1°C、1.8°C、2.3°C和3.7°C），首次量化分析了温度升高与两种生物调控手段（50%鱼类生物量减少和50%水生植物覆盖增加）的交互效应。

研究主要运用了三种关键技术方法：一是基于实测数据（包括浮游动物生物量、鱼类生物量、水温等）的WET模型校准与验证；二是采用扰动分析法对18个浮游动物模块参数进行敏感性分级；三是构建50种气候-生物调控组合情景，通过标准化比较评估不同干预措施的效果。

3.1 气候变暖对水生生态和水质的影响

模型显示温度升高3.7°C时，水生植物生物量骤降45.1%，而浮游动物中轮虫受冲击最大（减少54.5%），远高于枝角类（30%）和桡足类（32%）。与此同时，鱼类和Chl a分别增加55.8%和53%，证实气候变暖会显著加剧富营养化。

3.2 气候变暖下鱼类调控的营养级联效应

当温度升高3.7°C且鱼类减少至初始生物量的25%时，轮虫生物量反弹45.1%，Chl a降低26.3%。但值得注意的是，鱼类增至300%会导致模型崩溃，Chl a飙升至129 μg L^-1，揭示高温下过度鱼类放养的生态风险。

3.3 水生植物重建的调控优势

在同等升温条件下，将水生植物覆盖率从50%提升至100%，可使三大浮游动物类群生物量增加53.7%-104.2%，Chl a降低69.6%。相比之下，温度升高2.3°C时，水生植物重建的富营养化缓解效率（42%）几乎是鱼类移除（23%）的两倍。

4.1 生物调控缓解富营养化的作用机制

敏感性分析发现，浮游动物参数对Chl a浓度变化最敏感。温度升高通过促进鱼类代谢、抑制水生植物光合作用，间接削弱浮游动物对藻类的摄食压力。相关分析显示总氮（TN）与水生植物的关联性强于鱼类，说明氮循环在调控中起关键作用。

4.2 水生植物重建的生态优势

相比鱼类移除可能破坏食物网平衡，水生植物通过三重机制提升效率：提供避难所增加浮游动物多样性、直接吸收氮磷营养盐、增强营养级传递效率。但温度超过3.7°C时，其相对优势下降12%，表明高温对浮游动物群落的抑制作用不可忽视。

这项发表于《Ecological Indicators》的研究，首次量化预测了不同升温情景下生物调控的营养级联效应。其核心结论是：尽管气候变暖会削弱所有调控手段的效果，但水生植物重建凭借更高的营养传递效率，始终是更可靠的富营养化缓解策略。这一发现不仅为全球气候变化背景下的湖泊管理提供了理论支撑，更启示未来研究应重点关注温度-营养级效率-生物调控的三元关系。特别值得注意的是，当升温达3.7°C时，任何调控手段都难以阻止生态系统崩溃，这为制定气候临界点预警机制敲响了警钟。