水生所揭示底栖鱼类在富营养水体中的双重作用

　　

全球水体富营养化问题时刻威胁着水环境的安全，然而富营养浅水湖泊清水态的重建是曲折坎坷且成败参半的。一些富营养浅水湖泊的修复往往通过完全或部分清除鱼类，并结合沉水植物恢复，从而使水生态系统重回清水态。然而，由于生态恢复前期鱼类削减（生物操纵或者人为捕捞）造成的系统内食物资源充足以及鱼类生态位缺失，底栖杂食性鱼类（如鲫）的数量在清水态恢复初期可能会急剧增加，这或将严重削弱沉水植物的清水效应，甚至导致生态修复工程的失败。因此，了解沉水植物与底栖鱼类之间的交互作用对于清水态的恢复与维持至关重要。

中国科学院水生生物研究所生态系统生态学研究组前期研究（Ren et al.,2022）发现，底栖鱼类可以通过扰动沉积物，加速沉积物营养的释放，刺激浮游植物和附着藻类的生长，从而抑制沉水植物的生长（图1）。尽管螺类可以通过摄食沉水植物表面的附着藻类促进植物的生长，但这并不能完全抵消底栖鱼类的负面影响。因此，底栖鱼类的大量存在改变了沉水植物、浮游植物及附着藻类这三种主要生产者之间的群落结构，加速了富营养进程。

图1 底栖鱼类与螺类对浮游植物、附着藻类及沉水植物的直接和间接影响

在此基础上，团队围绕底栖鱼类与沉水植物之间的复杂关系展开了深入的研究。近日发表的研究成果揭示了底栖鱼类在有无沉水植物条件下对水质存在截然相反的作用（图2）。

图2 沉水植物与底栖鱼类对富营养浅水湖泊的影响

该研究在云南省大理市洱海高原湖泊生态系统试验站的大型原位围隔系统中开展。结果表明，沉水植物覆盖度的增加可以显著改善水质，若无外源营养输入和鱼类的干扰，40%及以上覆盖度的沉水植物可以维持浅水湖泊的清水稳态，然而底栖鱼类的存在会严重削弱沉水植物的清水效应（图3）。

图3 底栖鱼类对沉水植物清水效应的影响

另外，沉水植物的存在与否可能会逆转底栖鱼类在淡水生态系统中的作用：当沉水植物存在时，底栖鱼类总是导致水质的恶化；而在沉水植物缺失时，低密度底栖鱼类（< 10 g/m³）可能通过直接摄食沉水植物、扰动沉积物或其他机制增加水体浑浊度，从而抑制浮游植物的发展，进而阻碍/延缓水体的富营养化进程。然而，底栖鱼类的这种积极效应在更高密度时可能再次反转，即高密度的底栖鱼类会导致水质进一步恶化（图4）。该研究强调了在水生态修复过程中，需要考虑沉水植物和鱼类群落的综合调控，以实现湖泊生态系统的可持续管理。

图4 有无沉水植物条件下，不同密度底栖鱼类对各水质参数的影响。TN：总氮，TP：总磷，Chl-a：叶绿素a，Turbidity：浊度，K：消光系数。

近日，相关研究以“The dual role of benthic fish: Effects on water quality in the presence and absence of submerged macrophytes”为题在线发表于Water Research（https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122466）。水生所特别研究助理吕超超为第一作者，丑庆川副研究员和曹特研究员为本文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金重点项目（31930074）和青年基金（32101319）等项目的支持。

前期相关研究：

Ren,W.J.,Wen,Z.H.,Cao,Y.,et al. (2022) Cascading effects of benthic fish impede reinstatement of clear water conditions in lakes: A mesocosm study. Journal of Environmental Management 301,113898.

(https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113898)