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全球氣候變化導(dǎo)致極端降雨事件頻發(fā)，促使大量營養(yǎng)物質(zhì)以短期脈沖形式隨雨水或徑流匯入水體，引發(fā)藻類暴發(fā)等系列生態(tài)問題。盡管脈沖式和持續(xù)式營養(yǎng)輸入均可促進藻類暴發(fā)，使水質(zhì)惡化，但在脈沖式輸入情景下，生物與非生物指標(biāo)穩(wěn)定性普遍更差，且高濃度的銨氮對水生動植物具有毒性脅迫作用，因而銨氮脈沖式輸入或進一步加劇淺水湖泊穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的風(fēng)險。沉水植物作為重要初級生產(chǎn)者，可通過一系列反饋機制調(diào)控生態(tài)平衡。因此，明確多大覆蓋度的沉水植物可有效緩解此類干擾，對維持淺水湖泊的清水穩(wěn)態(tài)具有重要作用。近日，中國科學(xué)院水生生物研究所研究員曹特與副研究員丑慶川團隊在云南省大理市洱海高原湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗站大型原位圍隔系統(tǒng)中，通過模擬銨氮脈沖（NH4-N：0.05mg/L至1.24 mg/L），系統(tǒng)探究了0%至100%不同蓋度的沉水植物如何影響系統(tǒng)的緩沖能力與生態(tài)韌性。研究發(fā)現(xiàn)，隨著蓋度增加，系統(tǒng)的緩沖能力與彈性穩(wěn)定性顯著提升，即高蓋度（≥50%）的沉水植物可顯著降低NH4-N濃度，遏制其對藻類的促進作用，從而維持清水態(tài)的穩(wěn)定；中等蓋度（30-50%）的沉水植物也能去除銨氮，但對NH4-N的削減能力弱于高蓋度處理，剩余NH4-N對藻類生長有促進作用；低蓋度（≤30%）的沉水植物難以及時去除大量的銨氮，一方面促進了藻類生長，另一方面持續(xù)的高銨氮加劇了沉水植物衰退的風(fēng)險。同時，NH4-N脅迫抑制了沉水植物生長，但高蓋度的沉水植物通過稀釋單位面積NH4-N負(fù)荷有效緩解了毒性脅迫，將生物量損失壓至接近零。進一步，研究通過沉水植物-浮游植物生物量比值變化，量化了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換（沉水/浮游植物占優(yōu)）過程，確定了沉水植物緩解銨氮脈沖沖擊的關(guān)鍵蓋度閾值為39%至51%。該研究首次明確了沉水植物蓋度對銨脈沖的緩沖閾值，揭示了氣候變化導(dǎo)致營養(yǎng)脈沖頻發(fā)背景下的高蓋度沉水植物在抑制藻華、維持清水穩(wěn)態(tài)中的決定性作用，為預(yù)測與調(diào)控淺水湖泊在極端氣候背景下的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換提供了直接依據(jù)。相關(guān)研究成果以Quantifying critical thresholds of submerged macrophyte coverage to buffer climate-amplified ammonium pulses and stabilize clear-water states為題，發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》（Environmental Science & Technology）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會的支持。論文鏈接實驗設(shè)計示意圖沉水植物蓋度對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的影響