Climate Change–Driven Regime Shifts in a Planktonic Food Web
Climate Change–Driven Regime Shifts in a Planktonic Food Web
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气候变化驱动浮游食物网的政权转变
DOI：
10.1086/712813
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Klausmeier, Christopher A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wollrab, Sabine;Izmest’yeva;Hampton, Stephanie E.;Litchman, Elena;Klausmeier, Christopher A.
由于非生物强迫和生物相互作用之间复杂的相互作用，预测食物网将如何应对全球环境变化是困难的。季节性环境中物种相互作用的机制模型可以帮助理解全球变化对不同生态系统的影响。季节性冰雪覆盖的湖泊比许多其他生态系统变暖的速度更快，并且正在经历明显的食物网变化，因此预测这些变化的需求尤为迫切。利用一个具有通才浮游动物食草者和竞争的冷适应冬季和暖适应夏季浮游植物的季节性强迫食物网模型，我们发现随着冰盖的减少，食物网经历了不同的动态机制，从一年到两年的循环，冬季浮游植物华度减少然后消失，最大生物量向夏季转移。有趣的是，当捕食者与猎物之间的相互作用不包括在内时，冰盖的减少并没有引起状态变化，这表明状态变化需要两者。对西伯利亚贝加尔湖的长期数据进行的聚类分析支持了模型的结果，揭示了从定期发生的地方性硅藻冬季开花到随着冰盖减少而较少发生的冬季开花的变化。总之，结果表明，即使是渐进的环境变化，如冰盖持续时间的减少，也可能导致食物网动态机制之间的不连续或突然转变。
Predicting how food webs will respond to global environmental change is difficult because of the complex interplay between the abiotic forcing and biotic interactions. Mechanistic models of species interactions in seasonal environments can help understand the effects of global change in different ecosystems. Seasonally ice-covered lakes are warming faster than many other ecosystems and undergoing pronounced food web changes, making the need to forecast those changes especially urgent. Using a seasonally forced food web model with a generalist zooplankton grazer and competing cold-adapted winter and warm-adapted summer phytoplankton, we show that with declining ice cover, the food web moves through different dynamic regimes, from annual to biennial cycles, with decreasing and then disappearing winter phytoplankton blooms and a shift of maximum biomass to summer season. Interestingly, when predator-prey interactions were not included, a declining ice cover did not cause regime shifts, suggesting that both are needed for regime transitions. A cluster analysis of long-term data from Lake Baikal, Siberia, supports the model results, revealing a change from regularly occurring winter blooms of endemic diatoms to less frequent winter bloom years with decreasing ice cover. Together, the results show that even gradual environmental change, such as declining ice cover duration, may cause discontinuous or abrupt transitions between dynamic regimes in food webs.
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