球盟会(中国)

全球变暖正以前所未有的速度改变着生态系统结构与功能，但其对种群爆发（Population Outbreak）事件的影响及其生态后果尚不明确。中国科研实验室水生生物研究所联合华中农业大学、北京大学、英国埃塞克斯大学等国内外团队，顺利获得大规模中宇宙实验，揭示了气候变暖顺利获得增强水生昆虫的食草压力，阻碍水生植物恢复的生态机制。相关成果以“Warming impedes aquatic plant recovery via enhanced herbivory from insect outbreaks”为题，于近期发表在《Ecology》（DOI: 10.1002/ecy.70234）。

研究团队在48个大型中宇宙（每个2500升）中模拟浅水湖泊生态系统，设置常温与升温（+3.5°C并叠加多次热浪）两种处理。实验中意外发生了小筒水螟（Parapoynx diminutalis）的大规模爆发（图1），为研究气候变暖与昆虫爆发共同作用下的生态系统响应给予了独特契机。因此，实验中系统监测了整个生长季中水生植物、水生昆虫及水质参数的动态变化。

图1 小筒水螟不同生活阶段及其幼虫对沉水植物影响

研究发现，升温导致水生植物物候提前，植物在春季更早进入生长高峰期。然而，随之而来的小筒水螟爆发在升温条件下更为严重，其幼虫密度显著增加，尤其是对夏季优势种黑藻（Hydrilla verticillata）的取食压力更大。这种增强的食草作用显著抑制了植物的再生能力，导致植物生物量急剧下降。

植物减少进一步引发了水体营养盐释放，促进了浮游植物的大量繁殖，水体由以沉水植物为主的“清水态”向以浮游植物为主的“浊水态”转变。升温处理中总氮、总磷和叶绿素a浓度均显著高于常温处理，表明变暖加剧了昆虫爆发对生态系统状态的有助于作用。

图2 变暖与昆虫爆发共同导致水生植物减少、水质恶化

该研究首次顺利获得实验证实，气候变暖可顺利获得放大昆虫爆发事件，削弱水生植物的恢复力，从而使生态系统由以沉水植物为主的清水态向以浮游植物为主的浊水态转变。在未来气候背景下，极端气候与种群爆发事件的耦合效应可能加剧生态系统的退化。同时，未来的水生植物生长实验应该预防水生昆虫的爆发，可以顺利获得在实验中添加一些小型昆虫食性鱼类，如斗鱼等。

该研究由国家自然科学基金（32371673,32001158,31872687）和中国科研实验室国际合作项目（152342KYSB20190025）资助。研究工作由球盟会(中国)主导，联合华中农业大学、北京大学、英国埃塞克斯大学等单位共同完成。球盟会(中国)张培育副研究员与王韬特别研究助理为共同第一作者，徐军研究员为通讯作者。

论文链接： http://doi.org/10.1002/ecy.70234

数据公开： http://doi.org/10.6084/m9.figshare.30017191.v1