利用摇蚊幼虫评估海水阻断对沿海湖泊退化的影响：生态变化与指示物种的关键作用

《Scientific Reports》：Assessing the impact of seawater blockade on coastal lake degradation using Chironomidae larvae

为探究海水阻断对沿海湖泊生态的影响，研究人员以摇蚊幼虫为指标开展研究，发现其群落结构改变，对生态评估意义重大。

　　

研究背景

在地球的生态版图中，沿海湖泊和泻湖宛如一颗颗璀璨的明珠，虽仅占据陆地面积不到 15%，却拥有极高的生产力，是众多生物的家园，在全球生态系统中扮演着举足轻重的角色。它们的生态系统能够良好运行，关键在于与海洋之间存在着动态的水文连通性。这种连通性就像是一条无形的纽带，不仅为海洋、淡水和陆地生物提供了重要的繁殖、觅食和栖息场所，还维持着生态系统的平衡与稳定。

然而，随着人类活动的不断扩张，这条纽带正面临着严峻的挑战。为了抵御洪水侵袭、提高渔业产量以及改善生态系统的非生物条件，人们在沿海生态系统与海洋的交界处修建了诸如风暴潮屏障等水利设施。这些设施虽然在一定程度上达到了预期的目的，但却带来了意想不到的生态后果。以位于波兰北部波罗的海南岸的 Jamno 湖为例，曾经它与波罗的海通过 Jamneński 海峡保持着周期性的水文联系，是一个典型的过渡水体，见证着淡水与海洋环境的动态交融。但自 2013 年 11 月先进的防洪闸建成并投入使用后，海水无法再自由流入湖中，Jamno 湖的生态系统由此发生了翻天覆地的变化。

这些变化对生态系统产生了怎样的影响？哪些生物能够敏锐地感知到这些变化，并成为生态系统健康状况的 “指示器” 呢？为了回答这些问题，来自波兰的研究人员开展了一项长期研究，试图揭开海水阻断背后的生态秘密。

研究团队及研究内容

此次研究由波兰多个高校的研究人员共同参与，其中包括卡齐米日?维尔基大学（University of Kazimierz Wielki）、瓦尔米亚 - 马祖里大学（University of Warmia and Mazury）等。研究团队以 Jamno 湖为研究对象，将摇蚊幼虫（Chironomidae larvae）作为研究的关键指标，旨在深入探究海水阻断对沿海湖泊生态系统的长期影响。摇蚊幼虫作为底栖动物的重要组成部分，广泛分布于各类水体中，对环境变化极为敏感，是理想的生物指示物种。研究人员提出假设：长期的海水隔离会使沿海湖泊进入一种新的生态状态。

研究方法

在 2016 - 2020 年的夏季高峰期，研究人员在 Jamno 湖的不同流域（Ma?e Basin、Centralne Basin 和 Osieckie Basin）选取了 9 个采样点，使用 Ekman 抓斗采集大型底栖动物样本，并在现场进行冲洗和固定。回到实验室后，利用显微镜和分类检索表对摇蚊幼虫进行分类鉴定，并测量其生物量。同时，在采样点同步测量水体的物理化学参数，如电导率（EC）、酸碱度（pH）、溶解氧（DO%）、盐度和温度等，还采集水样进行实验室分析，测定营养物质（硝酸盐氮和磷酸盐磷）的含量 。此外，研究人员还收集了 2010 年（防洪闸建设前，海水自由流入时期，FF）和 2014 - 2015 年（防洪闸建设后，海水流入阻断时期，BF）的数据，以便追溯摇蚊幼虫群落结构和栖息地条件的长期变化。数据分析阶段，研究人员运用了多种统计方法，如构建 Bray - Curtis 相异矩阵、进行 ANOVA 和 Kruskal - Wallis（K - W）秩和检验、Dunn's 事后检验，还使用非度量多维缩放（nMDS）、冗余分析（RDA）等方法来揭示环境变量与摇蚊幼虫群落结构之间的关系。

研究结果

1. 环境条件变化：研究发现，防洪闸建设前后，水体的物理化学参数发生了显著变化。电导率（EC）在防洪闸建成后第一年（T + 1）急剧下降，随后又有所上升；水温在 T + 1 到 T + 2 期间显著降低；盐度在 T + 0 时达到峰值，T + 1 时急剧下降，之后趋于稳定；营养物质（硝酸盐氮和磷酸盐磷）的浓度也大幅降低。
2. 大型动物群落结构变化：通过多维缩放分析（nMDS）发现，不同年份摇蚊幼虫的物种密度结构存在明显差异。在研究期间，共记录到 6 种摇蚊幼虫，但在防洪闸关闭后的第一年（T + 1）之后，部分物种逐渐消失。摇蚊幼虫的分类多样性、密度、总生物量和 α - 多样性在不同年份间均呈现显著波动。例如，Chironomus sp. 的密度在各时期变化显著，在 T + 0 到 T + 2 和 T + 3 期间大幅下降；Procladius sp. 的数量在 T + 1 到 T + 3 和 T + 7 期间急剧减少。从空间分布来看，在海水自由流入时期，部分指标（如 Chironomus sp. 的密度、总生物量等）在中央流域的值较高，而在海水阻断后，这些指标在整个湖泊的数值均出现下降。
3. 环境因素对摇蚊幼虫群落的影响：冗余分析（RDA）结果表明，硝酸盐氮浓度、电导率和水温是影响摇蚊幼虫群落结构的关键因素。其中，硝酸盐氮浓度对 Procladius sp. 的影响较大，而电导率和水温则对 Chironomus sp. 和 Procladius sp. 均有显著影响。多数摇蚊幼虫（除 Chironomus sp. 和未鉴定的种类外）对高盐度和高电导率呈负响应。

研究结论与讨论

研究结果证实了研究团队的假设，长期阻断海水入侵显著改变了 Jamno 湖的生态系统，对摇蚊幼虫的群落结构产生了深远影响。海水阻断不仅导致湖泊盐度和其他环境参数发生变化，还引发了生物群落的一系列响应，如摇蚊幼虫的多样性降低、部分物种消失等。在生物量方面，虽然初期有所下降，但在 T + 3 后出现回升，这可能与河流支流带来的营养物质以及湖泊生态系统内部的变化有关。此外，研究还发现 Chironomus sp. 对环境变化具有较高的耐受性，在极端环境条件下（如低氧、高温）仍能生存，是反映沿海湖泊生态系统变化的理想指示物种。

这项研究为深入理解沿海湖泊生态系统对海水阻断的响应机制提供了重要依据。在全球气候变化和人类活动不断加剧的背景下，研究结果对于制定合理的沿海区域可持续管理策略具有重要的指导意义。通过监测摇蚊幼虫等生物指示物种的变化，能够及时评估生态系统的健康状况，为保护和恢复沿海湖泊生态系统提供科学支持，确保这些珍贵的生态系统能够持续发挥其生态服务功能，维持生物多样性和生态平衡。