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沉水植物在浅水湖泊生态系统中扮演重要角色，人类活动导致了浅水湖泊中沉水植物的大量衰退。水生植物衰退会导致湖泊由清水态向浊水态转变，进而削减生态系统功能和服务。气候变化和富营养化等多重胁迫是湖泊水生植物衰退的重要驱动因子，这些因子不仅会直接作用于沉水植物，还会通过作用于浮游植物和附着藻类等间接影响沉水植物生长。而且，多重因子叠加通常会产生协同作用。但是，目前的研究较多关注一个或者两个因子，关于多重环境因子共同作用对浅水湖泊生态系统影响的研究还非常匮乏。
图1 中宇宙模拟实验系统
基于中国科学院水生生物研究所前期开展的气候变暖和底栖鱼类对浅水湖泊生态系统的研究（Zhang et al. 2022, Journal of Applied Ecology），研究人员继续通过中宇宙系统（http://mesocosm.org/mesocosm/wuhan-warming-mesocosm-facility-wwmf/）模拟气候变暖、热浪、富营养化和草甘膦除草剂等多重压力对生态系统的影响（图1）。
研究发现气候变暖促进了轮叶黑藻的生长，占据上层水体，对下层水体的密刺苦草形成遮蔽，进而抑制了密刺苦草的生长。富营养化促进了浮游植物的生长，通过对光和营养的竞争，抑制了沉水植物的生长，尤其是密刺苦草。除草剂单独作用对初级生产者生物量没有显著影响；但是在与富营养化协同处理中，相比于升温处理，热浪处理显著促进了浮游植物的生长（生物量为对照组的14.6倍），显著抑制了沉水植物的生长，尤其是轮叶黑藻（苦草的生物量是对照组的1/2，而轮叶黑藻的生物量是对照组的1/20）。
总的来看，多重环境压力的交互影响，不仅取决于因子的组合方式，也受到不同类群生物自身差别的影响。在热浪、富营养化和除草剂输入的共同作用下，沉水植物更易衰退。因此，随着热浪天气越来越频繁，湖泊生态系统面临的威胁及其管理和保护变得不确定性更高（图2）。
图2 基于结构方程模型的结论汇总
该研究以”Heat waves rather than continuous warming exacerbate impacts of nutrient loading and herbicides on aquatic ecosystems”为题在《Environment International》上发表（https://doi.org/10.1016/j.envint.2022.107478）。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、博士后科学基金等项目的资助。研究工作由中国科学院水生生物研究所、华中农业大学、德国IGB研究所等单位合作完成。水生所生态系统生态学学科组张培育博士后和王韬博士是共同第一作者，徐军研究员为通讯作者。