专栏名称: 生命的智慧

华东师范大学课程《海洋与生命》《水生生物学》《动物学》和《水生生物学原理与进展》师生们的学习感悟。

Nature | 温度影响食物链的能量传递效率？

生命的智慧 · 公众号 · 科技自媒体 · 2024-11-03 00:00

主要观点总结

本文研究全球变暖对水生生态系统能量流动的影响，通过长期实验发现变暖降低了营养级间的能量转移效率，导致浮游植物和浮游动物生物量降低。这些变化可能对顶级捕食者生物量产生影响，并可能影响水生生态系统为社会提供的关键服务。研究来源于华东师范大学第一届水生生物与水域生态学全国研究生暑期学校的学员作业。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

一个多世纪以来，营养级之间的能量转移效率被认为是生物量在生态系统中分布的关键决定因素。全球变暖对生态系统结构和功能产生重要影响。

关键观点2: 实验方法和结果

通过室外静水围隔系统实验，发现变暖降低了营养级之间的能量转移效率。暖池中浮游植物和浮游动物的生物量较低，表明能量吸收、转化和转移发生了重大变化。

关键观点3: 分析和讨论

变暖改变了生态系统的代谢和能量流动，可能导致顶级捕食者生物量的下降。这些变化可能对水生生态系统提供的关键服务造成损害。

关键观点4: 来源和背景

文章来源于华东师范大学第一届水生生物与水域生态学全国研究生暑期学校的学员作业。文章讨论了气候变化对水生生态系统的影响，包括温度升高对食物链能量传递效率的影响。

正文

研究背景

一个多世纪以来，营养级之间的能量转移效率一直被认为是生物量在生态系统中分布的关键决定因素。通过短食物链进行更有效的能量转移可以提高上层营养级的现存生物量；而通过长食物链的低效能量传递则可以解释为什么生态系统中顶端捕食者生物量相对较低。

因此，了解温度升高如何改变食物链能量传递效率，对于预测生态系统结构和功能如何应对全球变暖，以及评估重要顶级捕食者面临的风险至关重要。

现状推论

几项研究表明，高温会降低碳利用效率或增加个体的生长成本，最近的理论表明，更高的生长成本会降低通过食物链的能量转移效率。这些研究间接推断出不同系统中能量传递效率的下降可能与温度升高密切相关。

材料方法

室外静水围隔系统：20个1m ³ 的人工池塘，其中一半池塘比环境温度高出4°C。

池塘对区域物种库的自然扩散和定植是长期开放的，拥有完善、多样化的群落。

经历了七年的变暖之后，进行了一项 ¹⁵ N同位素示踪实验，将微量（980μmol） ¹⁵ N标记的硝酸钾（K ¹⁵ NO ₃ ）添加到16个池塘中。追踪氮随时间的掺入，不会因人为添加导致浮游植物水华而扰乱系统。

示踪剂的动力学（即掺入到峰值并在峰值后衰减）是由吸收率k _a 和消除率k _e (d ^-1 )间的平衡引起的。

实验结果

浮游植物、浮游动物总生物量在暖池中也更低。

分析讨论

经过七年的实验性变暖后出现的生态系统的结构和功能的特点是：变暖降低了营养级之间的能量转移效率。暖池中浮游植物和浮游动物的生物量都较低，表明能量吸收、转化和转移发生了重大变化。

变暖显著改变这些生态系统的代谢和能量流动。这一证据表明，温度升高会改变生物体水平的新陈代谢，从而减少从一个营养水平转移到下一个营养层次的能量。最终，这意味着更多通过光合作用固定的碳被呼吸并以热量和二氧化碳的形式损失到大气中，而更少的碳被保留在生态系统中。

如果这些发现普遍适用，气候变暖可能会导致水生领域能量流动的重大变化和顶级捕食者生物量的下降，这可能会损害水生生态系统为社会提供的关键服务，包括商业渔业提供的食物。

原文：

Warming impairs trophic transfer efficiency in a long-term field experiment. Nature, 2021, 592: 76-79.

创作人：

王虹铭华东师范大学

本文来源于第一届水生生物与水域生态学全国研究生暑期学校的学员作业。

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