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上行效应和浮游动物的下行效应对异龙湖浮游植物群落的影响

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中国环境科学 2024年

作者：仇菲张昭阳陈丽朱俊宇龚雪郑昕张涛李天丽赵帅营陈光杰云南师范大学地理学部云南省高原地理过程与环境变化重点实验室中国科学院水生生物研究所

浮游植物作为湖泊中重要的生产者，在湖泊生态系统的物质循环、能量流动和信息传递中起着重要的作用，是评价水生生态系统健康的重要指标。异龙湖是云南九大高原湖泊之一，目前处于富营养状态。本研究于2020年夏季至2021年春季对异龙湖... 详细信息

浮游植物作为湖泊中重要的生产者，在湖泊生态系统的物质循环、能量流动和信息传递中起着重要的作用，是评价水生生态系统健康的重要指标。异龙湖是云南九大高原湖泊之一，目前处于富营养状态。本研究于2020年夏季至2021年春季对异龙湖的浮游植物和环境因子进行季节性采样调查，分析浮游植物群落结构和生物量的季节变化模式，并进一步通过多变量统计分析识别上行效应和下行效应（浮游动物）对浮游植物群落变化的驱动作用。调查结果显示异龙湖浮游植物总生物量在7.12mg/L-66.07mg/L之间，9月最高，12月最低。蓝藻门是浮游植物生物量构成的主要门类，生物量占比在42.91%-95.67%之间，拟柱孢藻（Raphidiopsis raciborskii）全年占优，其生物量的变化趋势与总生物量和蓝藻生物量一致，反映了其在异龙湖中具有较强的竞争优势。ANOSIM和Kruskal-Wallis分析表明异龙湖浮游植物群落结构和总生物量均在时间上差异显著。Spearman相关分析显示浮游植物总生物量、蓝藻生物量和拟柱孢藻生物量均与总磷、总氮和水温显著正相关，与透明度、氨氮显著负相关，与浮游动物总生物量没有显著的相关性。RDA结果显示总磷、总氮、硅酸盐、水温和水深是影响异龙湖浮游植物群落结构的显著因子。方差分解进一步显示浮游植物的上行效应（水温、营养盐和水深）单独解释了浮游植物变化的20.30%，而下行效应（浮游动物群落）仅单独解释了0.20%，上行效应和下行效应共同解释了群落变化的5.80%。因此在以丝状蓝藻为全年优势种的异龙湖中，上行效应对浮游植物的影响大于浮游动物的下行效应，这可能与异龙湖浮游动物个体小（浮游动物总生物量/密度）且生物量相对较低，对浮游植物的牧食作用（浮游动物总生物量/浮游植物总生物量）弱有关。研究结果可为异龙湖的生态评价和流域综合管理提供数据支撑。

关键词：异龙湖浮游植物拟柱孢藻上行效应下行效应

氮素上行效应对玉米-草地贪夜蛾-斜纹夜蛾侧沟茧蜂的影响

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氮素上行效应对玉米-草地贪夜蛾-斜纹夜蛾侧沟茧蜂的影响

作者：周晨旭安徽农业大学

学位级别：硕士

基于生态学原理开展的害虫综合治理主要包括源于植物自下而上的自身抗性以及来自天敌的自上而下的控制作用,植物-害虫-天敌三营养级互作关系是害虫生态调控的重要基础。农业化学氮肥的投入显著改善了植物氮素的吸收,促进农作物产量增加... 详细信息

基于生态学原理开展的害虫综合治理主要包括源于植物自下而上的自身抗性以及来自天敌的自上而下的控制作用,植物-害虫-天敌三营养级互作关系是害虫生态调控的重要基础。农业化学氮肥的投入显著改善了植物氮素的吸收,促进农作物产量增加,但单位氮素增产量和边际效应却随着氮肥投入量增加而逐渐下降。氮作为生物体重要组成元素,直接影响植物光合作用物质积累和生长发育,并对植食性昆虫及其天敌形成级联效应,然而,农田氮肥投入对害虫诱导下作物生长与防御、及其对害虫、天敌、以及它们之间关系的影响知之甚少。本研究以“玉米Zea mays-草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda-斜纹夜蛾侧沟茧蜂Microplitis prodeniae”为模型,探索四种氮投入水平下(不施氮组CK,氮缺乏组LN,适量氮组ON,过量氮组HN),对玉米生长与防御的影响,以及形成的Bottom-up效应对草地贪夜蛾、及其寄生性天敌斜纹夜蛾侧沟茧蜂的影响。明确植物-害虫-天敌三营养级间的相互关系可为充分发挥上下行效应实现害虫生态调控提供理论依据。本研究主要研究结果如下:1.氮投入对玉米生理生长和防御反应的上行效应不同氮投入水平显著影响玉米生长发育,其营养物质积累和氮投入正相关,并对玉米主要防御性物质丁布和相关基因表达造成影响,改变玉米植株挥发性物质的释放。与不施氮组相比,施氮组(LN组、ON组、HN组)玉米苗期叶片叶绿素含量、茎秆宽度、氮积累和干物质量显著提高。氮素投入直接影响玉米组成型防御水平。与对照不施氮组相比,施氮组防御性物质丁布DIMBOA含量显著提高,但DIMBOA合成和代谢相关基因Bx1、Bx7和Bx10的转录表达并未出现显著差异;其次,氮投入对其他防御基因表达产生了影响,其中Igl、Tps26、Aco31基因在施氮组中表达显著高于不施氮组,而Opr2、Lox3的转录表达则相反。不同氮投入丰富了玉米植株挥发性物质的释放,不同组间具有一定的差异,CK组、LN组、ON组、HN组上分别检测到80、85、95、97种挥发物。2.玉米介导的氮投入上行效应对草地贪夜蛾生长发育的影响玉米介导的氮投入上行效应对草地贪夜蛾生长发育及防御产生显著影响,幼虫取食诱导显著影响玉米DIMBOA含量和相关基因表达,并改变了其挥发性物质组成。与之相应的,草地贪夜蛾幼虫的反防御能力也因氮投入而呈现出差异。不施氮降低了草地贪夜蛾幼虫生长发育速度,其蛹重显著低于施氮组;氮投入对草地贪夜蛾幼虫取食消化能力产生影响,幼虫取食量、相对取食量与氮投入呈正相关,而食物利用率、食物转化率与氮投入呈负相关。草地贪夜蛾取食诱导后,施氮组玉米叶片DIMBOA含量显著下降,且DIMBOA合成代谢相关基因显著上调,而不施氮组DIMBOA含量及其合成代谢相关基因未出现明显变化;其次,防御基因Opr2、Opr7、Rip2、Mpi、Tps2在所有处理组中出现不同程度上调表达,而Igl、Tps26和Aco31则下调表达;不同处理组挥发物也发生变化,CK组、LN组、ON组、HN组上分别检测到78、88、85、82种挥发物。取食适量氮处理组玉米的草地贪夜蛾幼虫DIMBOA转化基因UGT33B25、UGT33F28和UGT40L8表达显著高于未施氮处理组,表现出最强的解毒能力,而取食氮过量或缺乏处理组玉米其基因表达介于两者之间;同时,取食适量氮处理组玉米的草地贪夜蛾幼虫消化酶基因Try7、Try3和Chy9表达量最高,显著高于其他处理组。3.玉米介导的氮投入上行效应对斜纹夜蛾侧沟茧蜂选择和寄生的影响玉米介导的不同氮投入未对斜纹夜蛾侧沟茧蜂的选择行为造成显著影响,草地贪夜蛾幼虫介导的氮素上行效应也未对斜纹夜蛾侧沟茧蜂后代寄生和发育产生显著影响。草地贪夜蛾幼虫未取食诱导和幼虫取食诱导后,玉米介导的氮投入上行效应均未对斜纹夜蛾侧沟茧蜂选择偏好造成影响,但面对草地贪夜蛾幼虫取食诱导后的玉米,斜纹夜蛾侧沟茧蜂搜寻寄主的时间更长。斜纹夜蛾侧沟茧蜂对不同处理组幼虫并没有产生寄生偏好,其子代发育历期和茧重未呈现显著差异。玉米介导的上行效应没有对斜纹夜蛾侧沟茧蜂产生显著效应,且经草地贪夜蛾幼虫介导的间接效应也被缓冲。本研究探讨了氮素上行效应对玉米-草地贪夜蛾-斜纹夜蛾侧沟茧蜂的影响,不同氮投入改变了玉米生长、营养积累、防御物质、防御基因表达变化,并对草地贪夜蛾生长发育、解毒代谢等反防御反应产生显著影响,但并未对斜纹夜蛾侧沟茧蜂生长发育和选择行为造成显著影响。研究结果为指导科学合理施肥,充分发挥上行和下行效应实现害虫生态调控提供了理论基础。

关键词：氮素害虫生态调控上行效应间接效应

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营养盐对浮游植物生长的上行效应的研究方法

海洋科学 2000年第11期24卷 16-18页

作者：王勇焦念志中国科学院海洋研究所青岛266071

浮游植物是海洋食物链的第一个环节，它们通过光和作用将无机物转化为有机物，为海洋中的一切生命活动提供物质和能量来源。在海洋生态系统的研究中，与浮游植物有关的一些生态过程及其动力学研究，正越来越受到人们的重视。浮游植物的... 详细信息

浮游植物是海洋食物链的第一个环节，它们通过光和作用将无机物转化为有机物，为海洋中的一切生命活动提供物质和能量来源。在海洋生态系统的研究中，与浮游植物有关的一些生态过程及其动力学研究，正越来越受到人们的重视。浮游植物的生长受到营养盐的调控：在一定的浓度范围内，营养盐对浮游植物有正的作用，但如果营养盐浓度过低，则会对浮游植物的生长产生限制性作用；同样，如果浓度过高，则会产生富营养作用，严重时，还会导致赤潮的发生。1 研究方法1.1 评估营养盐对浮游植物限制作用的方法营养盐对浮游植物的控制和调节作用统称为上行效应，用来评估营养盐对浮游植物的限制作用的方法主要分为4类。

关键词：营养盐浮游植物上行效应生理法数学法

营养盐对浮游植物生长上行效应机制的研究进展

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海洋科学 2000年第10期24卷 30-33页

作者：王勇焦念志中国科学院海洋研究所青岛266071

生态学上的所谓上行(Bottom up)效应是指非顶级营养级生物的下一营养级食物供给或营养盐供给.海洋生态学中通常所说的上行效应主要指的是营养盐供给对浮游植物种群数量变动的影响.

关键词：营养盐浮游植物上行效应海洋硅铁微量元素

菟丝子—大豆—根瘤菌相互作用的下行和上行效应

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菟丝子—大豆—根瘤菌相互作用的下行和上行效应

作者：车秀霞广西师范大学

学位级别：硕士

寄生植物不仅可以影响寄主植物的生长,而且还可间接地影响群落中的各营养级的组分。本项目以菟丝子-大豆-根瘤菌这一独特的系统为研究对象,分析寄生植物对根瘤菌的下行效应及对碳、氮循环的影响,及研究根瘤菌及氮素对寄生植物的上行效应... 详细信息

寄生植物不仅可以影响寄主植物的生长,而且还可间接地影响群落中的各营养级的组分。本项目以菟丝子-大豆-根瘤菌这一独特的系统为研究对象,分析寄生植物对根瘤菌的下行效应及对碳、氮循环的影响,及研究根瘤菌及氮素对寄生植物的上行效应,以阐明寄生植物-植物-共生细菌三者之间的相互作用的机制,从而为寄生植物-豆科植物-根瘤菌的协同进化提供理论依据。实验结果表明：1.通过盆栽实验发现根瘤菌可以显著增加菟丝子寄生的吸器数,缠绕圈数和相对盖度;根瘤菌接种可以显著增加果实干重、果实鲜重、茎部鲜重和茎部干重。外界氮源可以显著增加菟丝子的相对盖度,对果实干重和茎部鲜重有显著影响。根瘤菌与外界氮源对南方菟丝子的寄生指标没有显著的交互作用。2.通过盆栽实验结果表明南方菟丝子寄生可以显著地减少大豆的根瘤菌的数量和重量。3.通过盆栽实验分析南方菟丝子寄生、根瘤菌及外界氮源对大豆生长的影响,发现菟丝子寄生显著地降低了大豆植株的叶生物量、茎生物量、果实生物量、果实数量、株高和叶片数,并且且降低大豆叶绿素a和叶绿素b的含量,抑制了大豆的净光合速率;菟丝子寄生显著降低大豆植株的有机碳含量、大豆地上部分氮含量、根氮含量和土壤氮含量。根瘤菌接种显著增加了大豆茎生物量、根生物量和果实生物量,增加叶绿素a和叶绿素b的含量,增加了净光合速率,增加了大豆及土壤的有机碳和总氮含量。氮素添加显著增加了根生物量、果实数量、叶绿素a含量和净光合速率,使土壤以及大豆根部氮含量增加。菟丝子与根瘤菌对根部有机碳有显著的交互影响,且菟丝子、根瘤菌和外界氮源对大豆株高和叶片数有显著的交互影响。4.通过人工群落实验发现根瘤菌添加显著增加菟丝子的吸器数、缠绕圈数和相对盖度,根瘤菌与外界氮源的交互作用对菟丝子的吸器数有极显著的影响。根瘤菌和外界氮源对菟丝子果实干重和茎干重影响不显著。5.通过人工群落实验发现南方菟丝子寄生可以显著地减少大豆群落的根瘤菌的数量。6.通过人工群落实验分析南方菟丝子寄生、根瘤菌及外界氮源对大豆适合度的影响,发现菟丝子寄生对大豆的叶生物量、茎生物量、果实生物量、果实数量、株高和叶片数都有极显著的影响,但是菟丝子寄生对根生物量没有显著的影响;菟丝子的寄生显著降低叶绿素a和叶绿素b的含量;根瘤菌的添加可以提高大豆叶绿素a和叶绿素b和的含量;外界氮源也对叶绿素a有极显著的影响;菟丝子和根瘤菌对净光合速率有极显著的交互影响,且菟丝子与氮素对净光合速率也有显著性影响。菟丝子与根瘤菌两者对根部有机碳有交互影响,添加根瘤菌之后,菟丝子寄生极显著的降低了根部有机碳。外界氮源极显著的增加了黄酮的含量,菟丝子寄生、根瘤菌与氮素两两交互及三者交互对大豆黄酮含量没有显著性影响。根瘤菌与外界氮源两者交互作用对大豆地上部分,土壤以及根部氮含量都有极显著的影响。但菟丝子寄生、根瘤菌与外界氮源三者交互作用对大豆氮含量没有显著性影响。

关键词：南方菟丝子寄生大豆根瘤菌上行效应下行效应

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胶州湾营养盐限制的上行效应研究

海洋科学集刊 2004年第1期 148-157页

作者：王勇周毅孙鹤鲲中国科学院海洋研究所青岛266071 青岛市环保局青岛266071

在许多水体生态系统中,浮游植物的生长受到营养盐可利用性的调控(Howarth,1988)。在一定的浓度范围内,营养盐对浮游植物的生长有促进作用,但如果营养盐浓度过低,则会对浮游植物的生长产生限制作用,过高则有毒理作用。由于人类活动的影... 详细信息

在许多水体生态系统中,浮游植物的生长受到营养盐可利用性的调控(Howarth,1988)。在一定的浓度范围内,营养盐对浮游植物的生长有促进作用,但如果营养盐浓度过低,则会对浮游植物的生长产生限制作用,过高则有毒理作用。由于人类活动的影响,导致大量富含N、P的工业与生活污水排放入海水中,造成沿岸海水的富营养化。营养盐本底含量的增加对沿岸海水中浮游植物群落的组成影响巨大(Durate,1995)。Pedersen等(1996)指出,在沿岸海洋生态系统中,富营养化的结果会促进生长快速、生活周期短的藻类的丰度与生产力迅速增加,而生长缓慢的藻类由于在竞争中处于劣势,其丰度则可能下降。

关键词：上行效应营养盐浓度胶州湾生活周期水体生态系统沿岸海浮游植物群落富营养化生活污水排放可利用性

上行与下行效应对浮游动物的长期影响评价——以滇池与抚仙湖沉积物象鼻溞(Bosmina)为例

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湖泊科学 2015年第1期27卷 67-75页

作者：卢慧斌陈光杰陈小林刘晓东顾兆炎张虎才赵帅营陈丽段立曾张自强云南师范大学旅游与地理科学学院高原湖泊生态与全球变化重点实验室昆明650500 中国科技大学地球与空间学院极地环境研究室合肥230026 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

近年来云南高原湖泊面临富营养化、渔业活动增强等多重环境压力的叠加影响,对湖泊的有效治理与生态修复急需对多重压力下生态系统的响应模式进行系统了解.现有研究表明在系统生产力和捕食压力的不同配置下,湖泊系统主要组成(如浮游动物... 详细信息

近年来云南高原湖泊面临富营养化、渔业活动增强等多重环境压力的叠加影响,对湖泊的有效治理与生态修复急需对多重压力下生态系统的响应模式进行系统了解.现有研究表明在系统生产力和捕食压力的不同配置下,湖泊系统主要组成(如浮游动物)的响应特征可能出现差异且捕食压力可能随营养水平的变化而改变,目前对云南湖泊生态系统的研究主要集中于单一环境压力下的生态响应.本研究以目前分别处于重富营养和中-贫营养水平的滇池和抚仙湖为研究对象,应用湖泊沉积物记录进行多指标分析,探讨受外来鱼类影响下两个大型湖泊浮游动物长期响应模式的异同.通过象鼻溞生物量与个体大小等指标,重建了近百年来滇池与抚仙湖典型浮游动物的变化历史,结果表明随着湖泊生产力水平(如沉积物色素生产量)的增加,2个湖泊中象鼻溞生物量显著增加,同时物种相对组成出现明显变化(如Bosmina longispina被***取代),指示湖泊上行效应对浮游动物的控制作用.同时象鼻溞的生物量、壳长与触角长度的变化在1960s与1980s有明显降低的趋势,与同期外来鱼类(如银鱼)引入与渔业产量增加的时间一致.进一步应用多变量回归分析与方差分解方法来定量评价上行与下行效应对象鼻溞生物量变化的驱动强度,结果表明富营养化(沉积物色素)和捕食作用(象鼻溞壳长)对浮游动物长期变化的驱动强度比较相似(分别解释了生物量变化的77.25%和83.59%),然而在滇池下行效应对象鼻溞生物量的独立影响比在贫营养的抚仙湖中更强(分别为15.46%和10.39%),上行效应对象鼻溞生物量的影响在抚仙湖要明显强于滇池(分别为69.74%和19.67%),而在滇池上行与下行效应的相互作用强度明显强于抚仙湖(分别为42.12%和3.46%).结果表明随着湖泊营养水平的升高,浮游动物的生物量在2个湖泊中均显著增加,而外来鱼类(如太湖新银鱼)的引入和经济鱼类数量的增加加剧了对浮游动物的捕食压力,造成了浮游动物的生物量降低和个体减小.但在快速富营养化的滇池,对浮游动物的捕食压力随营养水平的变化出现较强的依赖性,而在总体处于中-贫营养水平的抚仙湖中此相互作用较弱.结果表明在不同营养水平的大型湖泊中,营养水平的变化幅度可以导致鱼类捕食压力的差异性变化,指示了对鱼类捕食压力的评价和浮游动物长期变化的特征分析需要考虑湖泊的营养水平与富营养化过程的差异.总之,富营养化和外来鱼类的引入导致了高原湖泊生态系统的快速响应与结构变化,因此对高原湖泊的生态修复需要考虑湖泊营养水平对生态系统结构与食物链作用的影响.

关键词：古湖沼学象鼻溞生物量个体大小上行效应下行效应滇池抚仙湖

农田重金属沿植食性昆虫-天敌昆虫传递及对害虫生物防治的影响

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环境昆虫学报 2024年第4期46卷 781-795页

作者：王杰黄赫曦朱正阳王甦李元喜邸宁南京农业大学植物保护学院昆虫学系南京210095 北京市农林科学院植物保护研究所北京100097 农业农村部天敌昆虫重点实验室北京100122

农田重金属污染是全球农业面临的重要环境问题之一。重金属经植物吸收富集,由植食性昆虫取食并积累而产生上行效应,影响天敌昆虫的生长发育、生殖能力以及行为,进而影响天敌对害虫的控制作用。本文系统总结了农田生态系统中重金属沿植... 详细信息

农田重金属污染是全球农业面临的重要环境问题之一。重金属经植物吸收富集,由植食性昆虫取食并积累而产生上行效应,影响天敌昆虫的生长发育、生殖能力以及行为,进而影响天敌对害虫的控制作用。本文系统总结了农田生态系统中重金属沿植食性昆虫传递对天敌昆虫的影响,分析了农田重金属污染对害虫生物防治的直接与间接影响效应,发现重金属胁迫一般会导致天敌昆虫生长发育延缓、生殖力降低、捕食量减少等,直接影响害虫生物防治效果;但也可能导致害虫毒物兴奋效应产生和抗性能力增强,间接增加害虫防治难度。根据研究现状,对重金属污染影响天敌昆虫和生物防治的未来研究方向进行了展望。

关键词：环境污染重金属上行效应非生物因子害虫生物防治

6年，他们打破传统生态修复“梦境” 004

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6年，他们打破传统生态修复“梦境”