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气候变化已经对全球生态环境、生物多样性以及人类经济社会发展产生了深远的影响。水生生态系统对气候变化的响应尤为明显。青藏高原海拔高、面积广,拥有十分丰富的水资源,被认为是全球气候变化最为敏感的区域之一。自20世纪80年代末以来,随着全球水循环的加剧,气候变化对青藏高原水资源和水环境的影响日益明显,主要表现为冰川的加速退缩和湖泊的急剧扩张。气候变化引起的水环境变化极有可能对水生生物以及食物网造成了影响。但是,青藏高原水生生物如何响应气候环境变化仍不清楚。定量研究气候变化对水生生态系统的影响,在很大程度上依赖于长期连续的生物和环境监测数据;然而,这类数据通常难以获取,且获取的代价十分昂贵。树轮年代学(Dendrochronology)理论和方法在水生生物中的应用,并成功构建长时间段鱼类、贝类等的生长指数年表,为研究水生生物如何响应气候变化提供了新的途径。 本论文在全面了解青藏高原水生生态系统响应气候变化研究现状的前提下开展研究,选择代表性水域和鱼类,以鱼类耳石年轮宽度序列度量为基础,引入树轮年代学的理论和方法,从而准确定年耳石年轮宽度序列并构建长时间尺度的生长指数年表,然后结合气候环境因子数据进行一系列分析,试图回答以下三个基本科学问题:1)青藏高原鱼类的生长如何响应气候变化?2)不同营养生态位、不同水体鱼类的生长响应是否存在差异?3)青藏高原鱼类的繁殖物候是否已经发生改变?主要研究结果和结论如下: 1)研究结果表明所选取的三种代表性裂腹鱼类的耳石均适合以树轮年代学方法构建生长指数年表,探讨气候变化对其生长的影响。这三种代表性裂腹鱼类分别是拉萨裸裂尻鱼(Schizopygopsis younghusbandi Regan,1905)、尖裸鲤(Oxygymnocypris stewartii Lloyd,1908)和色林错的裸鲤(Gymnocypris sp.)。 2)近期气候变化已经对高原鱼类生长产生了显著的影响。雅鲁藏布江中杂食性鱼类拉萨裸裂尻鱼和肉食性鱼类尖裸鲤的生长指数年表显示出了明显的同步性,两者生长响应的气候环境因子类型也一致,但处在较高营养级的尖裸鲤响应气候变化则更为敏感。不同营养级鱼类生长响应气候变化的同步性可能表明了高原生态系统结构的相对简单。 3)河流鱼类和湖泊鱼类对气候变化的生长响应均十分敏感,但在响应的方式上存在明显的差异。局域尺度上,雅鲁藏布江拉萨裸裂尻鱼和尖裸鲤两种鱼类的生长指数年表与温度环境因子呈显著的负相关关系,而与降雨和年径流总量则呈非显著的正相关关系。与河流生态系统不同,湖泊生态系统中色林错的裸鲤的生长指数年表与温度环境因子则呈显著的正相关关系,而与降雨呈非显著的负相关关系。大部分全球性气候因子,如厄尔尼诺南方涛动指数(El Nino-Southern Oscillation Index,ENSO)等,与拉萨裸裂尻鱼和尖裸鲤的生长指数年表多呈非显著的正相关关系,与色林错的裸鲤的生长指数年表则多呈非显著的负相关关系。全球性气候因子的影响不显著可能是由青藏高原的高海拔环境和高山围绕的地理阻隔造成的。 4)色林错的裸鲤繁殖物候研究表明,1970年代到2000年代期间气候变暖导致色林错的裸鲤的繁殖物候发生了显著的提前,提前的速率约为3天每十年。1970年代至2000年代期间,色林错的裸鲤当年幼鱼的生长季节共增加了约17天。结合环境因子分析,其中1970年代到1990年代期间增加的13天主要通过繁殖物候的提前实现,1990年代到2000年代期间增加的4天则通过生长季节向的冬季延伸实现。 当前的气候变化极有可能通过改变青藏高原湖泊和河流生态系统中鱼类的生理适应性、食物资源可获得性和生长季节长度,引起鱼类年生长增长和繁殖物候的变化。鱼类生长和繁殖的变化,不仅对其本身种群的补充和动态会产生影响,也会通过食物网影响到整个生态系统。这些研究结果,对青藏高原局域范围内今后如何应对气候变化,制定保护措施和管理方案具有指导意义。 树轮年代学理论和方法在水生生态系统中有着广阔的应用前景,今后从多类群、多尺度、多空间开展研究,将会极大地促进水生生态系统气候变化研究,从而丰富我们对水生生态系统如何响应气候变化的认识。本论文的研究结果共同表明,将来利用构建鱼类生长指数年表探究青藏高原不同区域、各类水体响应气候变化的异同具有很高的可行性。本研究构建的研究鱼类繁殖物候变化的方法,也值得推广到其它物种、类群和生态系统的研究中去。