高度动态的半咸水泻湖中大规模水工扰动下浮游动物群落的有限响应

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》:Large-scale hydrotechnical disturbance and limited zooplankton community response in a highly dynamic brackish lagoon

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月25日 来源:Estuarine, Coastal and Shelf Science 2.6

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   •咸水潟湖中的运河建设:浮游动物响应评估•浮游动物群落对大规模疏浚的微弱响应•季节变异性超过了水利扰动的影响•尽管有重大工程干预,盐度仍保持稳定•潟湖内浮游动物响应无空间梯度引言沿海潟湖是最具生产力且受人类改造最严重的水生生态系统之一,因为它们整合了海洋和河流的影响,并承受着

  
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    咸水潟湖中的运河建设:浮游动物响应评估
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    浮游动物群落对大规模疏浚的微弱响应
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    季节变异性超过了水利扰动的影响
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    尽管有重大工程干预,盐度仍保持稳定
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    潟湖内浮游动物响应无空间梯度

引言

沿海潟湖是最具生产力且受人类改造最严重的水生生态系统之一,因为它们整合了海洋和河流的影响,并承受着强烈的人类压力。其功能主要由水动力学强迫因素控制,包括与海洋的水体交换和滞留时间,以及风驱混合、淡水流入和间歇性海洋入侵,这些共同控制着盐度、营养盐动态和整体生态系统过程(Kjerfve, 1994; Newton et al., 2014; Pérez-Ruzafa et al., 2011)。因此,潟湖中的生物群落暴露于持续波动的环境条件中。尽管盐度传统上被认为是半咸水生态系统中的主要结构因子(Telesh et al., 2013; Paturej and Gutkowska, 2015),但近期研究表明,通过更广泛的水文梯度(包括水体交换、封闭性和更新率)能更好地解释潟湖功能(Pérez-Ruzafa et al., 2011; Newton et al., 2014)。水利改造可能通过改变与海洋的连通性、修改滞留时间和重塑空间异质性来直接影响这些梯度。因此,潟湖中的生态响应不仅应从盐度变化的角度解释,还应结合水动力学过程和系统开放性的变化来理解。
浮游动物在水生食物网中起着核心作用,连接初级生产者与更高营养级。由于其世代时间短,它能对环境变化做出快速响应(Jeppesen et al., 2011; Karpowicz et al., 2025a)。在半咸水潟湖中,浮游动物群落通常由广盐性类群主导,特别是哲水蚤,它们尽管环境条件波动,仍能维持相对稳定的季节演替模式(Feike et al., 2007; Telesh et al., 2013; Karpowicz et al., 2023)。这种稳定性反映了其生理耐受性以及对高度可变盐度制度的适应。浮游动物对环境梯度的响应往往是非线性的,特别是在大约 5–8 PSU 的关键盐度范围内,可能会发生群落组成的重大转变(Telesh and Khlebovich, 2010)。然而,在许多潟湖系统中,强烈的季节模式可能会覆盖或掩盖这些响应(Attrill and Rundle, 2002; Kimmel and Roman, 2004; Elliott and Whitfield, 2011; Karpowicz et al., 2023)。因此,即使是重大的水文改变也可能导致相对细微的生物学效应,这些效应在群落结构(例如优势模式或功能组成)中比在物种丰富度中更为明显。
水利扰动(如疏浚、运河建设或改变水体交换)主要通过改变水动力学、浊度、沉积物再悬浮和初级生产力来间接影响浮游动物(Cloern, 2001; Elliott and Quintino, 2007; García-Oliva et al., 2019)。这些效应的规模和方向高度依赖于具体情境。在某些系统中,水利工程干预会导致浮游动物群落结构的显著转变(Hemraj et al., 2017; El Sayed et al., 2025),而在其他系统中,其影响则较弱或被自然变异性所掩盖(Setubal et al., 2013)。尽管对沿海潟湖的水动力学和水质进行了广泛研究,但很少有研究利用“前 - 中 - 后”框架明确将大规模水利扰动与浮游动物群落动态联系起来。特别是,缺乏评估此类扰动是否会导致浮游动物群落的重大重组,或者其影响与主要的季节驱动因素相比是否仍然有限的研究。
维斯瓦潟湖是一个浅水、风驱动的半咸水系统,其特征是高浊度、强混合和富营养化条件(Chubarenko et al., 2012; Kornijów, 2018; Kownacka et al., 2020; Karpowicz et al., 2023)。在当前条件下,浮游动物群落通常以低分类多样性和一两个广盐性类群的持续占优势为特征,反映了这个高度动态系统中强烈的环境过滤作用(Karpowicz et al., 2023)。尽管表面结构稳定,但长期研究表明,浮游动物的分类组成和多样性随时间发生了显著变化(Ró?ańska, 1963; Adamkiewicz-Chojnacka, 1983; Paturej et al., 2014; Kornijów et al., 2020; Karpowicz et al., 2023)。20 世纪中期的早期观察表明轮虫占绝对优势,特别是典型于富营养化和多变环境的小型类群(Ró?ańska, 1963)。在 20 世纪末,浮游动物群落表现出更高的分类丰富度,包括更多样化的轮虫和淡水甲壳类组合(Adamkiewicz-Chojnacka, 1983)。然而,自 21 世纪初以来,生物多样性明显下降,伴随的是由一两个广盐性物种主导的简化群落结构(Paturej et al., 2014; Kornijów et al., 2020; Karpowicz et al., 2023)。波罗的海南部地区的其他沿海潟湖也报道了类似的模式,包括德国系统(Feike et al., 2007)和其他波罗的海沿海水域(Gasiūnait?, 2000; Klais et al., 2016),那里的当代浮游动物群落通常由有限数量的适应性强的广盐性类群组成。这一历史提出了一个问题:当代由少数广盐性类群主导的群落如何响应进一步的水利改造。
最近,维斯瓦潟湖最孤立的西部区域经历了与通过维斯瓦沙嘴建设通航运河及疏浚跨潟湖航道相关的大规模水利改造(图 1)。疏浚可能通过沉积物再悬浮和水透明度变化影响浮游生物,而运河运行可能影响与海洋的连通性。然而,运河包括限制海水流入的水闸和闸门,因此我们不能假设海洋交换增加。局部扰动可能在工程附近产生更强的浮游动物响应,而风驱环流可能会分散悬浮物质并削弱空间对比。
我们旨在表征 2019–2024 年期间这些水利工程过程中浮游动物群落的时空变异。具体来说,我们提出以下问题:(i) 建设前(2019 年)、建设期间(2020–2023 年)和建设初期后(2024 年)期间,浮游动物生物量、物种丰富度、多样性和优势度,以及主要分类群和海洋类群的贡献是否存在差异;(ii) 位于距工程不同距离的站点之间的时间变化是否存在差异;以及 (iii) 建设期间之间的变异与季节变异性相比如何。我们检查了盐度、水温和水透明度,为群落模式提供环境背景。这项多年研究结合了时间和空间比较,但站点网络的变化阻碍了完全平衡的前后控制影响(BACI)设计,并限制了因果归因。

章节摘要

研究地点

维斯瓦潟湖是一个大型、浅水、无潮汐影响的半咸水盆地,位于波罗的海南部,与开阔海域被维斯瓦沙嘴隔开。潟湖覆盖约 838 km2,呈强烈的东北 - 西南走向,水体交换仅限于狭窄的巴特伊斯克海峡。由于平均深度较浅(约 2.5 米),潟湖呈多混合型,持续的风驱混合防止了稳定的热分层,并促进频繁的沉积物

环境变量

在整个研究期间,环境变量表现出显著的季节变异性。盐度在春季最低(2.9 ± 0.8 PSU),夏季增加(3.4 ± 0.7 PSU),秋季达到最高值(4.1 ± 0.7 PSU)。广义线性模型(GLM)显示季节差异显著(F(2,101) = 36.36, p < 0.001)。盐度在建设期间之间也存在差异(F(2,101) = 29.94, p < 0.001),2024 年的平均值(2.5 ± 0.6 PSU)低于建设前(3.6 ± 0.6 PSU)或建设期间

讨论

本研究记录了维斯瓦潟湖大规模运河建设前、中、后早期期间浮游动物群落结构的相对有限变化。尽管进行了 intensive 疏浚、沉积物再悬浮和栖息地改造,浮游动物群落的整体结构保持大致一致,且季节变异性通常比建设期间之间的差异更为明显。值得注意的是,工程规模,包括

CRediT 作者贡献声明

Ryszard Kornijów: 写作 - 审阅与编辑,监督,方法学,调查,资金获取,数据整理。 Krzysztof Pawlikowski: 写作 - 审阅与编辑,调查,数据整理。 Jolanta Ejsmont-Karabin: 写作 - 审阅与编辑,调查,形式分析。 Maciej Karpowicz: 写作 - 初稿,可视化,调查,形式分析,概念构思

未引用参考文献

Moss et al., 2003.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些利益或关系可能被认为会影响本论文中报告的工作。

数据可用性

支持本研究结果的数据以及详细的统计分析输出结果,已提供在补充材料中(表 S1–S8)。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些利益或关系可能被认为会影响本论文中报告的工作。

致谢

本工作作为国家海洋渔业研究院法定研究项目 ANZAWI/19-26 的一部分进行,由波兰科学与高等教育部支持。
Maciej Karpowicz|Jolanta Ejsmont-Karabin|Krzysztof Pawlikowski|Ryszard Kornijów
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