Research-Article
Physiological and nutritional constraints on zooplankton productivity due to eutrophication and climate change predicted using a resource-based modeling approach
资源型浮游动物生产模式：富营养化与气候变化对浮游动物生产力的生理和营养限制
Authors: Chen Zhang, Michael T. Brett*, Jens M. Nielsen, George B. Arhonditsis, Ashley P.Ballantyne, Jackie L. Carter, Jacob Kann, Dörthe C Müller-Navarra, Daniel E.Schindler, Jason D. Stockwell, Monika Winder, and David A. Beauchamp.
Publication: Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 79(3), 472-486. Editors’ Choice
DOI:
https://doi.org/10.1139/cjfas-2021-0071
《异形》中长相诡异的怪物现实中真的存在吗？答案是肯定的，它的原型来自于一种浮游动物（Zooplankton）——慎戎（Phronima）。但相较于电影中的无坚不摧，现实世界的浮游动物就显得脆弱很多。作为变温动物，浮游动物的生理过程对温度极为敏感，温度每升高10℃，其速率将提升一倍至三倍。同时，由于浮游动物与浮游植物（Phytoplankton）之间生物化学组成差别巨大，动植物间的能量效率可能因浮游植物群落组成的不同而存在较大差异。在全球气候变暖与湖泊富营养化的背景下，现有基于温度的浮游动物生产模式（Shuter and Ing 1997; Stockwell and Johannsson1997）无法应对复杂的环境变化，因此，考虑资源供应与质量差异的资源型浮游动物生产模式将更具成效。
天津大学
张晨教授
联合美国华盛顿大学
Michael T. Brett教授
与
Daniel E. Schindler教授、
佛蒙特大学
Stockwell教授、
德国
汉堡大学
Dörthe C. Müller-Navarra教授、
瑞典
斯德哥尔摩大学
Monika Winder教授、
美国地质调查局西部渔业研究中心
David A. Beauchamp教授
及多伦多大学
George B. Arhonditsis教授
等湖沼学领域顶尖学者，
将淡水浮游动物枝角类和桡足类周转率（每日生产量与生物量比率P/B）与水温、浮游植物生物量和群落组成以及浮游动物牧食选择性指标联系起来，
原创性地开发了一种资源型浮游动物生产动力学模式。针对美国太平洋沿岸由南至北四个淡水湖，包括
中营养沙斯塔湖（Shasta Lake）、
超富营养上克拉玛斯湖(Upper Klamath Lake)、中营养华盛顿湖(LakeWashington)和贫营养堡垒湖(Redoubt Lake)，利用该模式评估四种情景下浮游动物的生长限制因素：季节性更替、施肥（贫营养湖泊）、富营养化及气候变暖。相关工作以“Physiological and nutritional constraints on zooplankton productivity due to eutrophication and climate change predicted using aresource-based modeling approach”为题发表在
1901年创刊的
Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences，获2022年
优秀论文奖（Editors’ Choice award）。目前，
出版社（奖励）提供免费全文下载，欢迎感兴趣的读者阅读指正。
【本文要点】
（1）资源型浮游动物生产模式：原创地提出浮游动物P/B瞬时生长率表达式，该模式考虑浮游动物食物数量和质量、选择性牧食等，有效评估浮游动物生产力的生理和营养限制。
（2）四种情景下浮游动物生产模拟：针对美国太平洋沿岸四个不同营养状态湖泊进行了季节更替、施肥、富营养化、气候变暖情景模拟。研究提出不同营养状态湖泊食物数量与质量的季节性限制规律，以及施肥、富营养化和气候变暖对浮游动物生产的上行控制效应。
（3）
与原温度型模式比较：基于资源型模式计算得出P/B ratio通常高于温度型模式，克服了原温度型模式用于统计回归的现场数据未剔除资源项所造成的P/B ratio估计值偏低的不足。
这项工作对加深理解湖泊能量转移和浮游动物及渔业生产有重要意义。在自然系统中，浮游动物的生产量往往受到严重的资源限制。资源限制因湖泊类型而异，为了获得更为精确的浮游动物生产量估算，可以通过食物数量与质量限制将系统间的差异性纳入其中，切实有效地应用于湖泊管理。
[1] Shuter, B. J., andK. K. Ing. 1997. Factors affecting the production of zooplankton in lakes. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 54: 359–377.
[2] Stockwell, J. D.,and O. E. Johannsson. 1997. Temperature-dependent allometric models to estimate zooplankton production in temperate freshwater lakes. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 54: 2350–2360.
[3] Brett, M. T.,D. C. Müller-Navarra, and S. K. Park. 2000. Empirical analysis of the effect of phosphorus limitation on algal food quality for freshwater zooplankton. Limnology and Oceanography 45: 1564–1575.
[4] Müller-Navarra,D. C., M. T. Brett, A. M. Liston, and C. R. Goldman. 2000. A highly-unsaturated fatty acid predicts carbon transfer between primary producers and consumers. Nature 403: 74–77.
[5] Müller-Navarra,D. C., M. T. Brett, S. K. Park, S. Chandra, A. P. Ballantyne, E. Zorita, and C.R. Goldman. 2004. Unsaturated fatty acid content in seston and tropho-dynamic coupling in lakes. Nature 427: 69–72.
[6] Winder, M., and D. E. Schindler. 2004. Climatic effects on the phenology of lake processes. Global Change Biology 10: 1844–1856.
【作者简介】
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张晨，天津大学水利系教授/博士生导师，水力学及河流动力学专业，讲授"水力学"、"应用湖沼学导论"、"高等流体力学"等课程，研究方向为河湖水力调控及环境生态效应。IAHR国际水利与环境工程学会中国分会执行委员，中国水利学会水力学专业委员会委员，CNC-IAHS生态水文专委会委员，Ecological Informatics编委。 |
