《Scientific Reports》：Ecological stoichiometry characteristics and influencing factors of the source reservoir in the middle route of the South-to-North Water Diversion Project
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为厘清深水调蓄水库中生物元素组成是否受空间水质差异主导，团队聚焦南水北调中线水源地——丹江口水库，系统测定24种鱼类、浮游生物、底栖动物及水生植物体内C、N、P生态化学计量特征，发现肉食性鱼类N、P含量显著高于杂食性和滤食性类群，而空间异质性对鱼类元素组成影响有限；下游区鱼类N:P与NO-N呈正相关、与NH-N呈负相关，揭示深水水库生物可通过内稳态调节适应P限制环境。研究首次阐明大型调水工程水源区元素耦合机制，为维持“一库清水永续北送”提供生态计量学依据。
在“一库清水永续北送”的国家战略背景下，南水北调中线工程的核心水源地——丹江口水库，每年向京津冀豫沿线20多座城市输送超过90亿立方米优质水。然而，大坝加高蓄水以来，库区水位周期性涨落、岸线淹没范围扩大，鱼类等水生生物的食源结构随之改变；与此同时，上游点源输入与下游滞流区累积，造成氮磷浓度空间差异显著。一个关键科学问题浮出水面：在如此深水的调蓄水库中，生物体内的碳(C)、氮(N)、磷(P)元素组成究竟由“谁”说了算——是物种自身的遗传属性与摄食习性，还是上、下游迥异的水化学环境？若答案偏向后者，任何水质波动都可能通过“元素杠杆”放大至整个食物网，进而威胁水源生态安全；反之，若生物具备强大的内稳态(homeostasis)，则意味着库区营养循环具有较强的韧性。带着这一悬念，Yuanyuan Zhang等研究者对丹江口河南辖区506 km2水域展开季节性调查，首次全景式解析了“水塔”元素密码。
为回答上述问题，论文发表于《Scientific Reports》的这项研究于2023年2月、5月、8月在丹库上、下游布设7个采样点，采集34种鱼类、浮游动植物、底栖动物、水生植物及不同深度水样，测定C、N、P含量并与TN、TP、NH-N、NO-N、NO-N进行耦合分析，揭示元素计量特征驱动机制。
关键技术方法：①多网目刺网与地笼系统采集鱼类并分种测定生物学性状；②元素分析仪测定C、N，ICP-AES测定P；③ArcGIS绘制采样位点空间分布；④SPSS进行t检验、单因素方差分析及Pearson相关性分析。
研究结果
主要鱼类C、N、P计量特征
24种优势鱼C含量约50%，N约10%，P约2%，符合生物体普遍元素组成规律。上游区P变异系数(44%)显著高于下游(22%)，导致N:P波动更大；但同一物种在上、下游间N、P差异不显著，提示鱼类元素组成具有空间内稳态。
不同摄食习性鱼类元素差异
上游与下游均表现为肉食性鱼类N、P含量最高(2.73% vs 2.74%)、C含量最低；滤食性鱼类N最低、C最高；杂食性居中。统计检验显示P、C、N:P、C:P在不同食性间差异显著(P<0.01)，证实摄食生态位是元素分异的主导因子。
其他生物类群元素特征
浮游动物N、P含量最高，水生植物最低；浮游植物N:P在上游达7.45，显著高于下游6.47，暗示上游更易出现N限制；底栖动物与浮游动物C、N、P在上、下游间无显著差异，体现异养生物高内稳态。
鱼类元素与水环境相关性
上游区鱼类元素与水质指标无显著相关；下游区鱼类C与TP极显著正相关(P<0.01)，N:P与NO-N显著正相关、与NH-N极显著负相关(P<0.01)，表明P限制环境下鱼类通过抑制P排泄、增加C固存以维持内稳态。
结论与讨论
研究首次阐明丹江口水库生物元素耦合机制：鱼类C、N、P计量特征主要由物种身份与摄食习性决定，空间水质异质性影响有限；肉食性鱼类高P特征与骨骼发育及食物链位置密切相关，为深入理解深水水库P循环提供新视角。浮游植物与水生植物对N浓度变化敏感，上游偏高N:P预示藻华风险，需强化外源氮输入控制。下游鱼类元素与NH-N、TP显著相关，提示P限制条件下生物内稳态调节可改变食物网结构，管理部门应持续监测NH-N、NO-N、TP动态，并加强肉食性鱼类资源保护与沉水植被恢复，以提升水源区生态系统韧性与水质安全保障水平。
