湖泊沉水植物有机碳对浮游甲壳动物的资源补贴及其机理研究

Resource subsidies from other ecosystems or habitats increase the production and abundance of primary consumers of the recipient systems, also enhance the strength of cascading effects. Shallow lakes usually have abundant submerged macrophytes, low biomass of phytoplankton, and abundant primary consumers of large planktonic crustaceans. Such high ratio of zooplankton to phytoplankton may indicate resource subsidies to zooplankton. Recent studies have domonstrated that zooplankton uses terrestrial organic carbon via various pathways. However, whether submerged macrophytes, an important primary producer in shallow lakes, are used by zooplankton has not been well studied. In the proposed study, we select a natural lake and establish an artificial aquatic system, and investigate the natural abundance of carbon stable isotope, and the relative contribution of submerged macrophtes to zooplankton carbon will be calculated with mixing models. We will label submerged macrophtes with 13C and produce macrophytes derived DOC and ditritus which are used to incubate zooplankton. By measuring 13C in zooplankton, we will trace the pathway of carbon flow from submerged macrophytes to zooplankton. The results of our proposed study will shed light on the effect of submerged macrophytes on zooplankton via resource subsidies, and also have some implications for protecting submerged marophytes and shallow lake ecosystems.

来自其他生态系统或生境的资源补贴可以提高自身系统或生境中初级消费者的生产力与丰度，并增强其串联效应。浅水湖泊中沉水植物丰富，往往浮游植物较少，较大型浮游甲壳动物初级消费者较丰富，这种较高的浮游动物与浮游植物之比可能意味着浮游动物有其他资源的补贴。近期研究表明，浮游动物甚至可以通过不同途径利用陆源有机碳，提高其生产力。而作为浅水湖泊中的重要初级生产者，沉水植物是否能被浮游动物利用一直没有深入研究。本项目以浮游甲壳动物为对象，通过湖泊调查、人工水体模拟实验，结合浮游动物、沉水植物等碳稳定同位素自然丰度的分析，运用模型估算沉水植物对浮游动物碳的贡献比例；运用13C稳定同位素标记沉水植物溶解有机碳和碎屑，并进行浮游动物培养实验，分析浮游动物13C含量变化，揭示沉水植物－浮游动物碳流途径。结果将从有机碳（资源）补贴的角度揭示沉水植物对浮游动物的影响，为沉水植物和浅水湖泊保护提供依据。

浮游动物是浮游植物的主要牧食者，对浮游动物的补贴可以提高浮游动物与浮游植物之比，从而提高湖泊食物链对浮游植物的控制能力。项目通过湖泊调查和模拟实验等手段，结合碳稳定同位素技术，研究了沉水植物对浮游动物碳源的贡献及其机理。湖泊调查结果表明，浮游动物的碳稳定同位素比值受沉水植物的显著影响。IsoSource模型计算结果显示，沉水植物对浮游动物碳源的贡献在26%与86%之间，平均值为47%。而模拟实验结果显示，沉水植物及其附着藻类对浮游动物碳源的贡献可达67%。通过对湖泊不同有机碳库稳定同位素比值的进一步分析发现，浮游动物的碳稳定同位素主要受浮游细菌和附着藻类的影响，因此，沉水植物与浮游动物之间的碳流途径主要是沉水植物-细菌-浮游动物。研究结果还显示，沉水植物恢复显著降低了水中总磷含量和浮游植物生物量。本项目的研究结果说明，沉水植物可以给浮游动物提供物质和能量，形成对浮游食物网的补贴，从而提高食物网对浮游植物的控制能力，从而进一步揭示了沉水植物对湖泊生态系统影响的机理和沉水植物对保护或恢复湖泊生态系统的重要意义。