气候和土地使用压力综合影响下的溪流藻类时空动态变化

IF 5.3 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Journal of Ecology Pub Date : 2024-09-20 DOI:10.1111/1365-2745.14413

Marcin R. Penk, Ann-Marie Kelly, Mary Kelly-Quinn, Jeremy J. Piggott

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摘要

1 引言人类对生态系统施加了多重压力，无论是通过直接开发，还是通过污染和物理干扰等活动的不利影响，这些压力可在局部到全球范围内产生（IPBES，2019 年）。淡水生态系统至关重要，是饮用水和粮食生产的重要来源。此外，淡水生态系统在灌溉、水力发电和卫生等非消耗性应用中也发挥着至关重要的作用。它们是污染物（包括生活污水）的主要调节器，并带来巨大的娱乐和文化效益（Vári 等人，2022 年）。其中一些应用通过不同的个体压力因素施加压力，如农业和废水处理不足造成的营养物质增加、土地扰动造成的淤积、为农业和城市用途清除河岸植被，或通过与城市化和洪水管理计划相关的取水、水电设施和河道改造改变水文系统（Dudgeon，2019 年；Lemm 等人，2021 年）。与此同时，人类活动累积的气候变化压力也改变了大气中的气体成分、温度和降水模式（Pörtner 等人，2021 年），使上述土地利用压力因素更加严重。因此，大多数淡水都受到多重压力的影响（Lemm 等人，2021 年）。多重压力的累积影响往往涉及复杂的相互作用，其中一种压力会改变另一种压力的影响（Piggott、Salis 等人，2015 年）。因此，多种压力源的综合效应可能会放大或减轻其各自影响的总和（Birk 等人，2020 年；Galic 等人，2018 年）。解开压力源的层次结构并预测其综合效应是生态学面临的一个突出挑战（Orr 等人，2020 年），尤其是在淡水生态系统中（Jackson 等人，2016 年；Ormerod 等人，2010 年）。虽然在应对这一挑战方面取得了进展，但由于各种限制，大多数多胁迫研究一次只调查两个胁迫因子（Orr 等人，2024 年），无法捕捉到人类世的全部环境复杂性。此外，虽然人们早已认识到单个压力源的时间模式的重要性（Benedetti-Cecchi，2003 年），但在多压力源研究中却很少考虑到这一点（Jackson 等人，2021 年）。底栖藻类是溪流中的主要初级生产者，是食物网的基础。它们的生长受自下而上的驱动因素（如营养物质和光照）、自上而下的驱动因素（如放牧压力）以及物理化学条件（如酸度、淤积和水文系统）的调节（Stevenson 等人，1996 年）。因此，它们经常被用来检测水质变化及其原因（Poikane 等人，2016 年）。藻类具有趋光性，缺乏真正的组织，但在其他方面却是多型多样的生物（De Clerck 等人，2013 年）。例如，一些蓝细菌（蓝绿藻）能固定大气中的氮并产生毒素，硅藻（硅藻）能分泌硅质保护性微囊，而叶绿藻（绿藻）则与陆地植物关系密切（Stevenson，1996 年）。藻类的生态环境各不相同，对人为压力的反应也不尽相同（Biggs，2000 年）。因此，藻类的组成和生产力对溪流的功能非常重要。在全球范围内，氮和磷的富集被认为是藻类生物量和生产力的主要人为驱动因素（Elser 等人，2007 年），但其他特定流域和气候压力因素也会产生很大影响（Hart 等人，2013 年；Piggott、Towns 等人，2000 年）、本研究旨在通过野外中观试验，辨别多种气候和土地利用相关压力因素对溪流中藻类生物量的单独和综合影响。我们还测定了整个河道的净初级生产力（NPP），以补充藻类生物量数据。我们选择了淤积和光照（缺乏遮蔽）作为与土地利用相关的压力因子，它们分别源自土地扰动和河岸木本植被的清除。我们选择了二氧化碳富集和水流状态改变（流速变化）作为气候压力源，这两种压力源预计分别来自大气二氧化碳富集（Hasler 等人，2016 年）和日益多变的降水模式（Gudmundsson 等人，2021 年；Murphy 等人，2023 年）。由此产生的四种压力因子以现实的时间模式全因子应用，其中沉积物脉冲与大流量事件相吻合，模拟大降水后陆地上的沉积物径流。二氧化碳和光照干扰是持续施加的，就像它们在自然溪流中的作用一样。

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Temporal dynamics of stream algae under the combined impacts of climate and land-use stressors

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Journal of Ecology 环境科学-生态学

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期刊介绍： Journal of Ecology publishes original research papers on all aspects of the ecology of plants (including algae), in both aquatic and terrestrial ecosystems. We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems. Studies of plant communities, populations or individual species are accepted, as well as studies of the interactions between plants and animals, fungi or bacteria, providing they focus on the ecology of the plants. We aim to bring important work using any ecological approach (including molecular techniques) to a wide international audience and therefore only publish papers with strong and ecological messages that advance our understanding of ecological principles.