中科院团队揭示气候变化对淡水生态系统影响，推进水生植被恢复

中科院团队揭示气候变化对淡水生态系统影响，推进水生植被恢复

中国科学院水生生物研究所生态系统生态学研究组长期致力于淡水生态系统的结构、功能及其对全球变化的响应研究。研究组组长苏国欢研究员带领团队，通过多学科交叉研究，揭示了全球变化、生物多样性与生态系统功能之间的复杂关系，并在水生植被恢复和生物多样性保护方面取得了重要进展。

研究组成员包括徐军、曹特、倪乐意、张霄林、张欢、张培育、丑庆川、王岚、王红霞等科研人员，以及赵康顺、张瀚文、符鸿、吕超超、王韬、何家洋等特别研究助理。此外，研究组还有一支由汤鑫、孔祥虹、钟翠等组成的项目聘用人员队伍，以及多位招生导师和研究生。

主要研究方向

1. 全球变化及其它多重环境压力对淡水湖泊生态系统的影响

气候变化（如气候变暖、极端气候）将成为本世纪影响生物多样性和生态系统功能的主要因素之一。与此同时，其他环境压力（如富营养化、农业化学品污染）可能会与气候变化产生复杂的交互作用。本研究组利用中宇宙温度控制实验系统，该系统已经加入世界水生态中宇宙系统联盟（http://mesocosm.org/mesocosm/wuhan-warming-mesocosm-facility-wwmf/）。研究内容包括：

• 全球气候变化与多重环境压力是如何共同影响生态系统中各生物类群结构
• 气候变化与多重环境压力是如何共同影响水域食物网结构特征，包括能量流动路径及食物网稳定性等
• 气候变化与多重环境压力是如何共同影响水域食物网碳、氮、磷等的元素循环特征

气候变化模拟中宇宙系统照片

代表性研究论文：

1. Zhang, P.Y., Zhang, H., Wang, H., Hilt, S., Li, C., Yu, C., Zhang, M. (2022). Warming alters juvenile carp effects on macrophytes resulting in a shift to turbid conditions in freshwater mesocosms. Journal of Applied Ecology.
2. Zhang, H., Zhang, P., Wang, H., Garcia Molinos, J., Hansson, L.-A., He, L., et al. (2021). Synergistic effects of warming and eutrophication alert zooplankton predator-prey interactions along the benthic-pelagic interface. Global Change Biology, 27(22), 5907-5919
3. Xu, J., Wang, T., Molinos, J.G., Li, C, Hu, B., Pan, M., Zhang, M. Effects of warming, climate extremes and phosphorus enrichment on the growth, sexual reproduction and propagule carbon and nitrogen stoichiometry of Potamogeton crispus L. Environment International 2020. 137: e105502,
4. Zhang, P., Van Leeuwen, C., Bogers, D., Poelma, M., Xu, J. Ectothermic omnivores increase herbivory in response to rising temperature, Oikos,2020.00:1-12
5. Zhang, H., Urrutia‐Cordero, P., He, L., Geng, H., Chaguaceda, F., Xu, J., & Hansson, L. A. (2018). Life‐history traits buffer against heat wave effects on predator–prey dynamics in zooplankton. Global Change Biology, 24(10), 4747-475

2. 水生生态系食物网系统结构功能与物种多样性关系

以物质循环、食物网相互作用和生物多样性为主线，通过大尺度数据收集与野外调查相结合研究：

• 研究区域食物网属性与物种多样性关系，研究区域主要为长江中下游湖泊及河流生态系统
• 宏观水生动物营养功能多样性，以全国三级流域为研究单元研究水生动物的营养功能多样性与物种多样性的关系
• 局域物种共存的聚集规则，研究共存物种种群与个体营养生态位与种群密度、生活史特征、个体行为、资源可利用性与丰富度的关系水域环境保护的应用生态学实践，开展生态功能评估、生态廊道识别、生态安全评估、生态损失评估、生态红线划定与生态资产核算等研究。

代表性研究论文：

1. Zhao, K., Gaines, S.D., Molinos, J.G., Zhang, M. and Xu, J. (2022). Climate change and fishing are pulling the functional diversity of the world's largest marine fisheries to opposite extremes. Global Ecology and Biogeography 31(8), 1616-1629.
2. Su, G., Logez, M., Xu, J., Tao. S., Villéger,S., Brosse, S.(2021). Human impacts on global freshwater fish biodiversity, Science, 371 (6531), 835-838
3. Wang H., Molinos J G., Heino J., Zhang H., Zhang P., Xu, J. Eutrophication causes invertebrate biodiversity loss and decreases cross-taxon congruence across anthropogenically-disturbed lakes. Environment International, (2021). 153(1), 106494
4. Fu H ., Pierre G., Jorge G., Zhang P., Zhang H., Zhang M., Niu Y., Yu H, Lee E.. Xu, J, (2021) Mitigation of urbanization effects on aquatic ecosystems by synchronous ecological restoration. Water Research,.204,
5. Xu, J., García M, J Su., G., Matsuzaki, S., Akasaka, M, Zhang, H. Heino, J. (2019) Cross-taxon congruence of multiple diversity facets of freshwater assemblages is determined by large-scale processes across China. Freshwater Biology. 64(8),1492-1503

3. 水生植物生理生态与生态修复基础

以水生植物为核心研究对象，从生理生态学、种群和群落生态学、进化生态学、繁殖生态学、生态化学计量学、生态功能性状等多个角度研究水生植物对环境的响应和适应性机制，并推广应用到水生植被恢复实践。近年来主要开展的研究工作包括：

• 水生植物对水环境的响应和适应性策略
• 水生植物群落构建机制
• 水生植被恢复的理论基础和技术研发
• 开放水体中的水生植被恢复实践

主要研究成果包括：

1. 揭示了沉水植物对水体氨氮胁迫的响应机制和耐受能力
2. 对云贵高原和长江中下游区域水生植被开展了广泛调查，揭示了水生植物群落和植被分布的多样性规律，以及水生植被演替对环境变化的响应
3. 基于对洱海等云贵高原湖泊水生植被的长期跟踪调查，阐明了水生植物功能性状在群落构建中的意义
4. 阐明了沉水植物代表物种对水体高氮磷胁迫的响应机理和阈值、水生植物碳代谢对环境胁迫的响应、营养和光照对机械性能的影响、水生植物的生活史特征对水深的适应性响应
5. 研发了不同富营养化程度水体中的沉水植被恢复技术和退化生境综合改善技术体系
6. 在洱海开展了大规模的全湖沉水植被恢复实践，使沉水植被面积和群落多样性得到显著提升。

洱海沉水植被恢复

代表性研究论文：

1. Ren, W.J., Wen, Z.H., Cao, Y., Wang, H., Yuan, C.B., Zhang, X.L., Ni, L.Y., Xie, P., Cao, T., Li, K.Y. and Jeppesen, E. (2022). Cascading effects of benthic fish impede reinstatement of clear water conditions in lakes: A mesocosm study. Journal of Environmental Management. 301: 113898.
2. Wang, H., Fu, H., Wen, Z.H., Yuan, C.B., Zhang, X.L., Ni, L.Y. and Cao, T. (2021). Seasonal patterns of taxonomic and functional beta diversity in submerged macrophytes at a fine scale. Ecology and Evolution 11(14), 9827-9836.
3. Wen, Z.H., Ma, Y.W., Wang, H., Cao, Y., Yuan, C.B., Ren, W.J., Ni, L.Y., Cai, Q.H., Xiao, W., Fu, H., Cao, T. and Zhang, X.L. (2021). Water level regulation for eco-social services under climate change in Erhai Lake over the past 68 years in China. Frontiers in Environmental Science. 9: 697694.
4. Wang, H., Wen, Z.H., Zhang, Z.H., Zhang, X.L., Fu, H., Cao, Y., Ni, L.Y., Cao, T. and Li, K.Y. (2020). Environmental vs. spatial drivers of submerged macrophyte community assembly in different seasons and water depths in a mesotrophic bay of Erhai Lake, China. Ecological Indicators. 117: 106696.
5. He, L., Zhu, T.S., Wu, Y., Li, W., Zhang, H., Zhang, X.L., Cao, T., Ni, L.Y. and Hilt, S. (2019). Littoral slope, water depth and alternative response strategies to light attenuation shape the distribution of submerged macrophytes in a mesotrophic lake. Frontiers in Plant Science. 10: 169.

4. 全球及区域淡水水生生物入侵及多样性保护研究

生物多样性保护是生态学研究的重点方向之一。生物多样性包括物种多样性、功能多样性、系统发育多样性及遗传多样性等多个层面。通过整合多个维度的多样性信息和人类活动造成的多重威胁，围绕全球及区域淡水水生物地理分布格局及多样性保护进行展开研究，探讨不同物种不同区域的优先保护策略等问题。同时对严重威胁生物多样性的生物入侵现象的生态学机制进行分析，提出针对淡水生态系统的生物入侵预测和风险评估对策。

全球及区域鱼类多维多样性变化格局及入侵机制示意图

代表性研究论文：

1. Su, G., Logez, M., Xu, J., Tao S., Villéger, S. & Brosse, S. (2021) Human impacts on global freshwater fish biodiversity. Science, 371, 835–838.
2. Su, G., Mertel, A., Brosse, S., & Calabrese, J. M. (2023). Species invasiveness and community invasibility of North American freshwater fish fauna revealed via trait-based analysis. Nature communications,14, 2332.
3. Su, G., Tedesco, P., Toussaint, A., Villéger, S. & Brosse, S. (2022). Contemporary drivers and historical legacy determine global patters of freshwater fish functional diversity. Global Ecology and Biogeography 31, 700-713.
4. Su, G., Villéger, S. & Brosse, S. (2020) Morphological sorting of introduced freshwater fish species within and between donor realms. Global Ecology and Biogeography, 29, 803-813.
5. Su, G., Villéger, S. & Brosse, S. (2019) Morphological diversity of freshwater fishes differs between realms, but morphologically extreme species are widespread. Global Ecology and Biogeography, 28, 211-221.

科研条件

本文原文来自中国科学院水生生物研究所