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新挑战:淡水盐碱化

2021-06-09 14:08:03  来源: 分析测试百科网

当前,全球内陆淡水水体盐度普遍上升,这种现象被称为“淡水盐碱化综合征”。有模拟预测显示,淡水盐碱化将成为未来全球的重要生态环境挑战之一。

  中国科学院城市环境研究所水生态健康研究组(杨军团队)发现,盐度是塑造淡水微型真核浮游生物群落动态的主要驱动力。该研究为城市水体浮游生物群落生态以及盐度小幅度变化的生态效应提供了新见解。相关成果近日在微生物领域国际期刊Microbiome上发表。

  淡水盐碱化成为趋势

  “人类可直接利用淡水,不能直接利用海水。淡水盐碱化会严重影响饮用水资源,破坏基础设施,例如,给水排水管道系统更容易腐蚀受损等。”中国科学院城市环境研究所研究员杨军告诉《中国科学报》,“此外,在自然生态系统中,盐碱化会危害淡水生态系统健康,高盐度胁迫可导致淡水生物的适合度降低、畸形率增加、死亡率升高。”

  淡水盐碱化或盐度升高会导致生物多样性丧失、食物链缩短和食物链平均营养等级降低,从而对生态系统结构和功能造成不利影响。有模拟研究预测,淡水盐碱化将逐渐成为未来全球面临的重要生态环境挑战之一。

  4月12日,《生物地球化学》发表一项由美国马里兰大学进行的研究。该研究表明,环境中增加的盐可以与土壤和基础设施相互作用,释放出大量金属、溶解固体和放射性粒子的混合物。淡水盐碱化综合征会使饮用水含毒,并对人类健康、农业生产、基础设施、野生动物和生态系统造成负面影响。

  4月21日,《自然—可持续发展》上发表的文章预计,到2100年,美国一半以上的河流盐污染将增加50%以上,如果不采取措施扭转这种淡水盐污染趋势,未来它会成为美国面临的首要环境挑战之一。

  “引起淡水盐碱化的因素很多,包括自然因素和人为因素:海平面上升、海水入侵、全球气候变化、人类活动等。”杨军补充说,“全球气候变化将有可能极大改变全球的温度和降水模式,从而加剧内陆水体盐碱化程度。比如,降雨量下降、蒸发量上升,会进一步增加盐碱化程度。此外,污水排放、采矿、农业施肥等,都会影响水体盐度。”

  小幅变化影响巨大

  尽管淡水盐碱化已引起科学家的警觉,但国际上关于内陆水体小幅度盐度变化对微型真核浮游生物群落的影响过程与效应的研究却很少。

  为揭示小幅度盐度变化背景下,微型真核浮游生物群落的构建机制和网络稳定性,杨军等人在福建省厦门市集美区最大的景观水体(杏林湾水库)建立了长期定位生态观测研究站。研究收集并分析了杏林湾水库连续13个月的观测数据,发现研究期间盐度最低为0、最高为6.1‰。

  “结果表明,盐度的小幅度增加导致微型真核浮游生物群落组成发生变化,生物多样性显著降低;盐度主要通过调控确定性—随机性过程的平衡来驱动微型真核浮游生物群落组成变化,即随着盐度的增加,确定性过程的相对贡献越来越重要;在低盐度条件下核心浮游生物网络的鲁棒性较高,而在中/高盐度条件下卫星浮游生物网络的鲁棒性更高。”该论文第一作者、杨军团队的博士生莫媛媛对《中国科学报》说,“总体而言,盐度是塑造微型真核浮游生物群落动态的主要驱动力。”

  “淡水盐碱化可以直接影响浮游生物群落,进而影响水生态系统及其服务功能。”杨军补充说,该研究以微型真核浮游生物群落为对象,揭示了在低盐度条件下,即使小幅度的盐度增加也足以施加选择性压力,降低浮游生物多样性,并改变群落构建机制和网络稳定性。

  鉴于盐度的小幅度上升未来在内陆水体发生频率将更高,在评估、模拟和预测盐度对沿海城市淡水生态系统的影响,以及城市水体的管理和保护时,应充分考虑浮游生物群落对盐度变化的响应。

  统筹协调应对新挑战

  淡水盐碱化水平主要通过水体盐度的变化进行评价。通常,淡水的含盐浓度在0.01‰至0.5‰。

  “平均而言,1升海水含盐35克左右,1升淡水中含盐0.5克(万分之五)以下。”杨军说,“半咸水的含盐量在0.5‰至30‰之间,其中寡盐水含盐0.5‰至5‰、中盐水含盐5‰至18‰、多盐水含盐18‰至30‰。目前我们的研究发现,杏林湾水库最大盐度已经超出淡水范围,达到寡盐水和中盐水水平。”

  有研究发现,当水体盐度达到一定阈值时,水生态系统将发生非线性突变。

  “即水体盐度在达到浓度临界值时,其微小变化将导致水生态系统结构和功能产生巨大的未知变化。”杨军强调说,“但是,不同水体盐度阈值随地质背景、气候变化、人类活动、海水入侵的迁移轨迹等一系列问题有待进一步研究。”

  著名湖泊学家、丹麦奥胡斯大学教授Erik Jeppesen曾撰文指出,淡水生态系统对一些压力(如气候变化)的响应研究已取得诸多进展,但是有关水体中盐分浓度对内陆水体和沿海泻湖的影响研究还比较缺乏。目前,许多湖泊呈现出盐度持续增加的趋势,包括从淡水湖泊变为半咸水湖泊、半咸水湖泊盐度也正在进一步增加。同时,盐度与其他胁迫因素的交互作用(温度、营养物质和营养盐组成的类型)尚不明确。

  “应建立全球通用规范的采样方法、实验方案和建模标准,进行跨气候区的科研合作,为解决、缓解内陆水体盐碱化问题提供有效的科学指导和应对策略。”杨军说。

  Erik Jeppesen认为,在区域和全球范围缓解内陆水体盐碱化加剧及其带来的负面影响,并提供科学有效的解决方案,需要水文学家、生态学家、数学家、经济学家、工程师、社会科学家之间的通力合作,并统筹协调政治家、非政府组织和公民积极参与。

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