近百年来湖泊枝角类群落响应多重环境压力的模式识别——以云龙天池和大理西湖为例

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云贵高原湖区是中国的五大湖区之一,湖泊众多、类型丰富。但是,近几十年出现了水文调控增强、水体富营养化、鱼类引入等多重环境压力,严重影响了湖库水体的环境质量和生态安全。目前,围绕云南高山湖泊开展多重环境压力的识别及关键生物群落(如浮游动物)响应模式的相关研究较少。湖泊沉积物是水体和流域环境变化的记录器,同时枝角类位于湖泊食物网的中间环节,且在沉积物中可以较好的保存并具有可靠的指示意义。因此,应用湖泊沉积物记录可以开展高山湖泊的环境压力识别与枝角类群落响应模式重建,从而为低纬高山湖泊的保护提供可靠的科学依据。为了探究近百年来,气候变化和人为活动对湖泊环境和典型生物群落(枝角类)的影响过程及差异,本研究选取了滇西北地区受人类活动影响程度不同的两个湖泊(云龙天池和大理西湖)作为研究对象,结合湖泊现代调查和历史文献资料等,开展湖泊表层沉积物和钻孔多指标分析。首先重建了两个湖泊的环境变化历史和枝角类群落(物种结构、个体大小、生物量等)演替序列,然后通过湖泊对比分析识别了近百年来枝角类群落响应水文波动、富营养化等人类扰动梯度下的变化模式和异同特征。进一步运用统计分析方法对比分析了两个湖泊的环境变化特征,定量识别了影响枝角类群落构建的主要环境因子和驱动机制。本论文的主要研究结果如下:(1)在时空尺度上,云龙天池的枝角类群落均主要以典型浮游属种象鼻蚤(Bosmina)为主。在空间尺度上,存在一个影响云龙天池枝角类群落构建的阈值水深(约7.7 m)。在群落结构变化的时间序列上,云龙天池的水深梯度是影响枝角类群落结构的主要环境因子,导致了枝角类物种的演替。表层沉积物记录显示,Bosmina的个体大小(如触角长、壳长、刺长)在水深梯度上均没有显著变化,而钻孔记录显示自1969年浮游动物食性的鱼类引入后,随着湖泊水深的不断增加,Bosmina的个体大小逐渐减小。(2)云龙天池近300年来湖泊水位呈“低水位-水位上升-水位下降-水位上升”的变化模式,枝角类群落呈“底栖-浮游-底栖-浮游”的演化模式。在1950s筑坝后,水位明显上升,沿岸带栖息地丧失,浮游枝角类显著增加并占优,底栖枝角类逐渐减少。(3)大理西湖受人类活动的影响显著,自20世纪50年代以来,沉积物叶绿素(Chl-a)及总氮(TN)、总碳(TC)含量明显增加,且1997年后呈现加速上升的趋势,表明了水体富营养化和初级生产力水平的持续增加。枝角类群落主要由象鼻溞(Bosmina)和盘肠溞科(Alona和Chydorus)组成。整个钻孔枝角类群落显著的变化特征为浮游种(Bosmina)相对丰度显著下降和底栖种(Alona guttata/rectangular)显著上升。方差分解结果显示,1950s以前枝角类群落变化主要受营养盐(解释了3.5%)和水动力(解释了3%)因子驱动,1950s后枝角类群落主要受TN指示的营养盐以及粒度指示的水动力影响。(4)两个湖泊近百年来均存在水文调控和营养水平上升过程。1950s以来粗颗粒物质均出现了先上升后下降的过程,指示了筑坝引起水动力增强以及筑坝完成后水动力减弱的过程。1950s,云龙天池和大理西湖的营养水平(TN、TC)整体呈上升趋势,同时,两个湖泊的C/N均在1950s快速上升而后逐渐下降,均指示了筑坝期间人类活动导致外源输入增多和湖泊营养水平上升的过程。对比分析表明,两个受人类活动影响强度不同的湖泊近百年来的环境变化幅度和生态响应模式存在明显的差异性。总体上,云龙天池近百年来水体环境和生物群落主要受水位波动(解释了16.8%)和鱼类引入的影响,大理西湖则主要受湖泊富营养化(解释了3.5%)的控制。综上,水文波动、富营养化和鱼类引入是影响滇西北地区高山湖泊生态环境变化的重要环境压力。其中人类活动影响较弱的云龙天池受气候变化的持续影响,而受人类活动影响显著的大理西湖,营养水平的持续上升是影响水体环境特征和枝角类群落的主控因子。因此在区域气候变化的长期背景下,对滇西北地区高山湖泊的环境保护和生态治理需要重点考虑流域污染物的输入、水文调控的强度和外来鱼类的引入。
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