水生态环境保护与修复的气候变化

水生态环境保护与修复的气候变化

一、摘要

在过去的60年里，中国西北部经历了从“暖干”到“暖湿”的显著气候变化，对整个地区湖泊生态系统的结构和功能产生了深远影响。然而，这种气候转变对湖泊生态系统中原核微生物群落的多样性模式、共现网络和组装过程的影响，以及潜在机制仍未得到探索。为了填补这一知识空白，该研究聚焦于中国最大的内陆淡水水体博斯腾湖，并进行了全面分析。

首先，基于长期监测数据（1992— 2022 年）检查了该湖关键水质参数的动态。随后，收集了 93 个水样，跨越了2个不同的时期：低水位（WL）和高总溶解固体（TDS），以及高 WL 和低 TDS。进一步使用 18S rRNA 基因测序和各种统计方法对原核微生物进行了研究。研究发现，气候变暖和变湿显著增加了原核微生物的α多样性，同时降低了β多样性和网络复杂性。在这2个采样期间，原核微生物的组装机制主要受随机过程中的扩散限制（DL）和漂移（DR）以及确定性过程中的同质选择（HoS）的影响。最后，WL 在 PerWL_TDS 中原核微生物的 DL 和 HoS 过程中起到了中介作用，而水质和α多样性影响了 PerTDS_WL 中的 DL 过程。

总的来说，这些结果强调了“暖湿”条件对博斯腾湖中原核微生物的直接和间接影响。这项研究为这种气候条件下湖泊生态系统的演化动态提供了有价值的见解，并有助于预测全球气候变化的生态后果。

二、引言

新疆地区作为气候暖湿化的典型代表，其气候变化趋势引起了广泛关注。研究表明，气候暖湿化导致了温度升高、降水增加、蒸发加强、冰川消融加速和径流变化等一系列水文和气候过程的变化。这些变化不仅影响着新疆地区的湖泊生态系统，也对当地的农业生产、水资源管理、生态系统服务以及人类健康产生了重要影响。

此外，博斯腾湖作为中国最大的内陆淡水湖，其生态系统在气候暖湿化过程中发生了显著变化，表现为水位和总溶解固体的相反变化趋势。这些变化对湖泊生态系统中的真核微生物产生了直接和间接的影响，进而影响着湖泊生态系统的结构和功能。因此，对博斯腾湖的研究不仅有助于揭示气候暖湿化对湖泊生态系统的影响机制，也对预测未来气候变化对湖泊生态系统的影响具有重要意义。

三、主要研究结果

（一）水质参数动态分析

通过分析博斯腾湖1992—2022年的长期水质监测数据发现，湖泊水位（WL）和总溶解固体（TDS）呈现出相反的变化趋势。在1992—2002年间，湖泊水位呈波动上升趋势，而在2003—2013年间，水位则快速下降。相反地，TDS浓度在1993—2003年间波动下降，但之后又迅速上升，直至2019年，TDS浓度低于1 g/L，这就标志着博斯腾湖回归为淡水湖。

（二）真核微生物群落组成和多样性

研究通过18S rRNA基因测序技术分析了不同时期博斯腾湖的真核微生物群落，结果显示，“温暖湿润”时期的真核微生物α多样性（包括丰富度和香农指数）显著高于“温暖干燥”时期。在同水平上，两个时期的真核微生物群落组成也表现出显著差异。例如，在“温暖干燥”时期，优势类群包括绿藻门、原生动物门、褐藻门和真菌门，而在“温暖湿润”时期，绿藻门、真菌门、甲藻门和原生动物门成为主导类群。

（三）真核微生物组装机制

研究利用定量框架iCAMP分析了不同时期真核微生物的组装机制，结果显示，两个时期的主要组装机制包括扩散限制（DL）、漂变（DR）和同质选择（HoS）。在“温暖湿润”时期，HoS的贡献从20.8%增加到28.5%，而DR的贡献从30.2%减少到24.8%。此外，不同类群（如绿藻门和原生动物门）在不同时期的组装机制也存在差异。例如，在“温暖湿润”时期，Chlorophyta和Metazoa主要受HoS影响，而在“温暖干燥”时期，则主要受DL和DR影响。

（四）水位、水质与真核微生物的关系

研究还探讨了水位、水质参数与真核微生物之间的关系。通过Mantel检验和冗余分析（RDA），研究发现水位、TDS和总氮（TN）是影响真核微生物群落结构变化的主要因素。具体而言，水位和TDS与真核微生物α多样性呈正相关，而TN与α多样性呈负相关。此外，水位还与真核微生物的扩散限制和同质选择过程密切相关。这些结果表明，水位和水质的动态变化是影响博斯腾湖真核微生物群落组装的关键因素。最后，环境异质性的增加也可能是导致“温暖湿润”时期真核微生物α多样性增加的一个重要原因。

四、讨论

面对全球气候变化的持续影响，对湖泊生态系统的长期监测和研究显得尤为重要。本研究通过对博斯腾湖长达10年的案例分析，揭示了气候变暖和湿润化对湖泊真核微生物多样性和组装机制的显著影响。

然而，湖泊生态系统对气候变化的响应是一个复杂的过程，涉及多种因素的相互作用。因此，未来的研究需要综合考虑气候、水文、水质和生物等多方面的因素，以更全面地了解和预测气候变化对湖泊生态系统的长期影响。最后，对于不同类型的湖泊和不同区域的比较研究，将有助于揭示气候变化对湖泊生态系统影响的普遍性和特异性，为制定适应性管理策略提供科学依据。

参考文献：Shen Z, Yu B, Gong Y, et al. Unraveling the impact of climatic warming and wetting on eukaryotic microbial diversity and assembly mechanisms: A 10-year case study in Lake Bosten, NW China[J]. Water Research, 2024, 256: 121559.

来源：www.elsevier.com/locate/watres