浮游植物初级生产力与丰富度关系研究获进展

随着湖泊富营养化的加剧，湖泊浮游植物生物量持续增加，甚至产生蓝藻水华，这一过程中浮游植物的丰富度和种群组成均随之发生重要变化，而浮游植物初级生产力（productivity）和丰富度（richness）的关系是湖泊生物多样性和生态功能保护和管理的基础。一般认为浮游植物丰富度单峰或单调递增响应初级生产力的增加，而解释这一增加过程的理论则多种多样，产生这种不确定性的根本原因在于对初级生产力增加过程中丰富度和群落结构的细节变化过程理解的欠缺。
　　

在国家自然科学基金项目的资助下，中国科学院南京地理与湖泊研究所研究人员张民等，通过对长江流域71个湖泊采样分析，详细阐述了浮游植物初级生产力增加过程中，浮游植物群落结构和丰富度的变化过程，并对不同变化阶段的驱动因子进行了定量分析（图1），相关研究成果发表在Science of the total environment上（Dynamics and drivers of phytoplankton richness and composition along productivity gradient. Science of the total environment, 2018, 625（1）: 275–284）。
　　

研究结果显示：长江流域湖泊浮游植物初级生产力和丰富度呈现单峰关系模式，在叶绿素浓度在133ug/L时达到丰富度峰值（图2），温度和光照是影响浮游植物丰富度和组成在整个初级生产力梯度范围内变化的主要驱动因子（图3），其中温度的作用主要源于长江流域湖泊分布的海拔梯度，而光照的作用主要源于初级生产力增加后对水下可利用光的负反馈效应。在低生产力阶段（<133ug/L），驱动浮游植物组成的因子呈现多元性，多因子联合驱动浮游植物组成的变化；在高生产力阶段（>133ug/L），驱动因子则相对单一，主要是光照和水体阳离子浓度驱动浮游植物组成变化（图4）。另外，随着初级生产力的增加，生境趋向单一化，浮游植物群落结构的相似性增加（图5），当超过初级生产力峰值后丝状蓝藻、绿藻门的绿球藻、硅藻门的部分直链藻和甲藻消失，它们是高初级生产力阶段浮游植物丰富度下降的主要贡献者。

　　

图1 该研究的主要湖泊分布（绿色）

 

图2 浮游植物初级生产力和种属水平上丰富度的关系

图3 不同浮游植物丰富度变化的主要驱动因子

图4 浮游植物组成的驱动因子

图5 浮游植物beta多样性沿初级生产力梯度的变化

来源：中国科学院南京地理与湖泊研究所