二氧化碳和温度对浮游动植物碳传递的复合影响及其交互作用机制

Elevated carbon dioxide (CO2) and temperature, the two most dramatic climate changes, will seriously affect the trophic cascading of phytoplankton and zooplankton, altering the structure and functioning of freshwater ecosystems. Previous studies which only focus on a single variable (CO2 or temperature) may neglect the issue of the combined effects of the two variables. In this study, a continuous culture microcosm will be constructed and used to culture phytoplankton and zooplankton under different CO2 and temperature levels. Calculating the energy transfer efficiency is used to study the combined effect of CO2 and temperature on carbon transfer between phytoplankton and zooplankton, analyzing the key biochemical limitation factor (phosphorus stoichiometry or fatty acids) for carbon transfer. Generalized linear model will be used to analyze the correlation between energy transfer efficiency and CO2, temperature, and the key limitation factor, determining the interactive effect of CO2 and temperature. Combined effect of CO2 and temperature on carbon transfer between phytoplankton and zooplankton in different trophic level water (oligotrophication and eutrophication) will also be studied to elucidate the effect of nutrients. This study is significantly important to understand the potential impact of climate change on freshwater ecosystem and to make water management policy for mitigation the impact in the future.

以二氧化碳上升和温度升高为最显著特征的气候变化将对浮游动植物营养级联产生显著影响，导致水生生态系统结构和功能的变化；而已有对气候变化的单因素（二氧化碳或温度）研究忽略了二氧化碳和温度复合作用时可能引起的交互效应问题。本课题拟构建连续培养式微宇宙系统，通过在不同二氧化碳和温度水平下对浮游动植物的培养，分析浮游动植物的能量传递效率，评价二氧化碳和温度对浮游动植物碳传递的复合影响，并确定控制浮游动植物碳传递的关键生化制限因子（碳磷比、脂肪酸）。通过广义线性模型分析，建立“二氧化碳－温度－生化制限因子－能量传递效率”模型，解析二氧化碳和温度的交互影响机制。阐明不同营养水平（贫营养、富营养）水体中二氧化碳和温度的复合作用对浮游动植物碳传递的影响。本课题对于评估气候变化对淡水生态系统的影响和未来制定缓和气候变化影响的淡水资源保护策略具有重要的科学意义。

以二氧化碳上升和温度升高为最显著特征的气候变化将对浮游动植物营养级联产生显著影响，导致水生生态系统结构和功能的变化。已有对气候变化的单因素（二氧化碳或温度）研究却忽略了二氧化碳和温度复合作用时可能引起的交互效应问题。浮游植物的化学计量和脂肪酸组成不同，这可能导致浮游植物在二氧化碳和温度升高时对浮游动物的介导作用。本课题将三种藻类（绿藻、硅藻、蓝藻）及其混合培养藻类，在环境二氧化碳浓度（390 ppm）和未来升高浓度（1000 ppm）以及温度为20、25和30°C的条件下，作为食物培养浮游生物大型溞Daphnia magna。随二氧化碳的升高，藻类的生物量增加，但降低了藻类的磷（P）和ω3多元不饱和脂肪酸（ω3PUFAs）与碳（C）的比率。随温度的上升，所有藻类的P/C比降低，而仅有硅藻和蓝藻的ω3PUFAs/C比下降。浮游植物介导的二氧化碳升高的影响抑制了以绿藻和混合培养藻类为食的浮游动物的生长。温度上升对以硅藻和蓝藻为食的浮游动物的促进作用被藻类中P和ω3PUFAs含量下降而抵消。二氧化碳和温度同时上升对大型溞生长的综合作用主要受浮游植物的ω3PUFAs/C比调控。浮游动物脂肪酸含量和组成受浮游植物ω3PUFAs/C比调节，而并非温度和二氧化碳的直接作用。温度上升可视作浮游植物对浮游动物的直接和间接介导的综合作用，能够减轻二氧化碳升高对浮游动植物碳传递带来的负面影响。二氧化碳和温度同时上升的综合作用增加了绿藻的脂肪酸含量，但没有增加其他藻类的脂肪酸含量。因此，伴随着二氧化碳和温度同时上升的气候变化会使淡水浮游生物群落的碳转移变得愈发复杂并难以预测。