水生所揭示氣候變暖加劇水生昆蟲爆發抑制沉水植物生長新機制
全球變暖正以前所未有的速度改變著生態系統結構與功能，但其對種群爆發（Population Outbreak）事件的影響及其生態后果尚不明確。中國科學院水生生物研究所聯合華中農業大學、北京大學、英國埃塞克斯大學等國內外團隊，通過大規模中宇宙實驗，揭示了氣候變暖通過增強水生昆蟲的食草壓力，阻礙水生植物恢復的生態機制。相關成果以“Warming impedes aquatic plant recovery via enhanced herbivory from insect outbreaks”為題，于近日發表在《Ecology》（DOI: 10.1002/ecy.70234）。
研究團隊在48個大型中宇宙（每個2500升）中模擬淺水湖泊生態系統，設置常溫與升溫（+3.5°C并疊加多次熱浪）兩種處理。實驗中意外發生了小筒水螟（Parapoynx diminutalis）的大規模爆發（圖1），為研究氣候變暖與昆蟲爆發共同作用下的生態系統響應提供了獨特契機。因此，實驗中系統監測了整個生長季中水生植物、水生昆蟲及水質參數的動態變化。
圖1 小筒水螟不同生活階段及其幼蟲對沉水植物影響
研究發現，升溫導致水生植物物候提前，植物在春季更早進入生長高峰期。然而，隨之而來的小筒水螟爆發在升溫條件下更為嚴重，其幼蟲密度顯著增加，尤其是對夏季優勢種黑藻（Hydrilla verticillata）的取食壓力更大。這種增強的食草作用顯著抑制了植物的再生能力，導致植物生物量急劇下降。
植物減少進一步引發了水體營養鹽釋放，促進了浮游植物的大量繁殖，水體由以沉水植物為主的“清水態”向以浮游植物為主的“濁水態”轉變。升溫處理中總氮、總磷和葉綠素a濃度均顯著高于常溫處理，表明變暖加劇了昆蟲爆發對生態系統狀態的推動作用。
圖2 變暖與昆蟲爆發共同導致水生植物減少、水質惡化
該研究首次通過實驗證實，氣候變暖可通過放大昆蟲爆發事件，削弱水生植物的恢復力，從而使生態系統由以沉水植物為主的清水態向以浮游植物為主的濁水態轉變。在未來氣候背景下，極端氣候與種群爆發事件的耦合效應可能加劇生態系統的退化。同時，未來的水生植物生長實驗應該預防水生昆蟲的爆發，可以通過在實驗中添加一些小型昆蟲食性魚類，如斗魚等。
該研究由國家自然科學基金（32371673,32001158,31872687）和中國科學院國際合作項目（152342KYSB20190025）資助。研究工作由水生所主導，聯合華中農業大學、北京大學、英國埃塞克斯大學等單位共同完成。水生所張培育副研究員與王韜特別研究助理為共同第一作者，徐軍研究員為通訊作者。
