《Scientific Reports》：Ecological stoichiometry characteristics and influencing factors of the source reservoir in the middle route of the South-to-North Water Diversion Project
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為厘清深水調蓄水庫中生物元素組成是否受空間水質差異主導，團隊聚焦南水北調中線水源地——丹江口水庫，系統測定24種魚類、浮游生物、底棲動物及水生植物體內C、N、P生態化學計量特征，發現肉食性魚類N、P含量顯著高于雜食性和濾食性類群，而空間異質性對魚類元素組成影響有限；下游區魚類N:P與NO-N呈正相關、與NH-N呈負相關，揭示深水水庫生物可通過內穩態調節適應P限制環境。研究首次闡明大型調水工程水源區元素耦合機制，為維持“一庫清水永續北送”提供生態計量學依據。
在“一庫清水永續北送”的國家戰略背景下，南水北調中線工程的核心水源地——丹江口水庫，每年向京津冀豫沿線20多座城市輸送超過90億立方米優質水。然而，大壩加高蓄水以來，庫區水位周期性漲落、岸線淹沒范圍擴大，魚類等水生生物的食源結構隨之改變；與此同時，上游點源輸入與下游滯流區累積，造成氮磷濃度空間差異顯著。一個關鍵科學問題浮出水面：在如此深水的調蓄水庫中，生物體內的碳(C)、氮(N)、磷(P)元素組成究竟由“誰”說了算——是物種自身的遺傳屬性與攝食習性，還是上、下游迥異的水化學環境？若答案偏向后者，任何水質波動都可能通過“元素杠桿”放大至整個食物網，進而威脅水源生態安全；反之，若生物具備強大的內穩態(homeostasis)，則意味著庫區營養循環具有較強的韌性。帶著這一懸念，Yuanyuan Zhang等研究者對丹江口河南轄區506 km2水域展開季節性調查，首次全景式解析了“水塔”元素密碼。
為回答上述問題，論文發表于《Scientific Reports》的這項研究于2023年2月、5月、8月在丹庫上、下游布設7個采樣點，采集34種魚類、浮游動植物、底棲動物、水生植物及不同深度水樣，測定C、N、P含量并與TN、TP、NH-N、NO-N、NO-N進行耦合分析，揭示元素計量特征驅動機制。
關鍵技術方法：①多網目刺網與地籠系統采集魚類并分種測定生物學性狀；②元素分析儀測定C、N，ICP-AES測定P；③ArcGIS繪制采樣位點空間分布；④SPSS進行t檢驗、單因素方差分析及Pearson相關性分析。
研究結果
主要魚類C、N、P計量特征
24種優勢魚C含量約50%，N約10%，P約2%，符合生物體普遍元素組成規律。上游區P變異系數(44%)顯著高于下游(22%)，導致N:P波動更大；但同一物種在上、下游間N、P差異不顯著，提示魚類元素組成具有空間內穩態。
不同攝食習性魚類元素差異
上游與下游均表現為肉食性魚類N、P含量最高(2.73% vs 2.74%)、C含量最低；濾食性魚類N最低、C最高；雜食性居中。統計檢驗顯示P、C、N:P、C:P在不同食性間差異顯著(P<0.01)，證實攝食生態位是元素分異的主導因子。
其他生物類群元素特征
浮游動物N、P含量最高，水生植物最低；浮游植物N:P在上游達7.45，顯著高于下游6.47，暗示上游更易出現N限制；底棲動物與浮游動物C、N、P在上、下游間無顯著差異，體現異養生物高內穩態。
魚類元素與水環境相關性
上游區魚類元素與水質指標無顯著相關；下游區魚類C與TP極顯著正相關(P<0.01)，N:P與NO-N顯著正相關、與NH-N極顯著負相關(P<0.01)，表明P限制環境下魚類通過抑制P排泄、增加C固存以維持內穩態。
結論與討論
研究首次闡明丹江口水庫生物元素耦合機制：魚類C、N、P計量特征主要由物種身份與攝食習性決定，空間水質異質性影響有限；肉食性魚類高P特征與骨骼發育及食物鏈位置密切相關，為深入理解深水水庫P循環提供新視角。浮游植物與水生植物對N濃度變化敏感，上游偏高N:P預示藻華風險，需強化外源氮輸入控制。下游魚類元素與NH-N、TP顯著相關，提示P限制條件下生物內穩態調節可改變食物網結構，管理部門應持續監測NH-N、NO-N、TP動態，并加強肉食性魚類資源保護與沉水植被恢復，以提升水源區生態系統韌性與水質安全保障水平。
