小型魚類處於食物鏈的中間環節，能將生態系統中的物質與能量從低營養級向高營養級傳遞，對維持湖泊生態系統的結構與功能起著重要的作用。現階段受人類活動過度干擾的影響，長江中下游淺水湖泊中的大型魚食性魚類種群資源量銳減，而小型魚類憑藉成熟時間早、生長速度快、繁殖力高等特點逐漸成為優勢種。且有研究表明，在全球氣候變暖的影響之下，低緯度地區的淺水湖泊將面臨更為嚴峻的魚類群落小型化和水體富營養化等問題。因此，小型魚類的過量增長會對湖泊生物結構和水質產生怎樣的影響以及如何影響，是急需闡明的科學問題。
近期，中國科學院水生生物研究所劉家壽研究員團隊以長江中下游淺水湖泊中的優勢小型魚類（鯽：底層雜食性魚類；䱗：浮游生物雜食性魚類；大鰭鱊：浮游生物雜食性魚類；似鱎：浮遊動物食性魚類）為實驗對象進行受控實驗，探究了不同類型小型魚類對水質和浮游生物的作用機理（圖1）。
圖1 實驗設計示意圖（NF組：無魚類放養；AMA組：放養大鰭鱊；CAU組：放養鯽；HLE組：放養䱗；TSW組：放養似鱎）
研究表明，有小型魚類處理組的主要水質指標、浮游植物豐度和生物量、藍藻門的相對豐度和相對生物量高於無魚對照組，而大型浮遊動物的相對豐度和生物量低於對照組（圖2，圖3），說明過多的小型魚類可負面影響湖泊的水質狀況，並導致浮遊動物群落的小型化，促進藻類（特別是藍藻）的生長。
圖2 實驗期間各處理組主要水質指標的均值變化（TN：總氮；TP：總磷；CODMn：高錳酸鹽指數；TUR：濁度；Chl.a：葉綠素a；TLI：綜合營養狀態指數）
圖3 實驗初始和結束各處理組浮游植物相對豐度和總豐度（A）、浮游植物相對生物量和總生物量（B）、浮遊動物相對豐度和總豐度（C）、浮遊動物相對生物量和總生物量（D）
對比不同類型小型魚類對水質和浮游生物的作用效果，發現似鱎對水質和浮游生物群落的負面影響強於大鰭鱊、鯽和䱗，主要與似鱎通過捕食大型浮遊動物產生更顯著的下行效應有關（圖2，圖3）。結構方程模型表明大鰭鱊，鯽，䱗和似鱎對Chl.a，濁度和TP的作用方式存在差異。其中，鯽和䱗主要通過擾動底泥促進內源營養鹽釋放的途徑作用於水質和浮游生物，而似鱎則主要通過對大型浮遊動物的捕食作用來影響生態系統（圖4）。
圖4 不同處理組中小型魚類、葉綠素a、濁度和總磷的結構方程模型（箭頭的方向代表從獨立變量到因變量，箭頭上的數字對應標準化的路徑係數，標準化路徑係數表示關係的相對強度。顯著路徑係數和非顯著路徑係數分別用實線和虛線表示；藍色和紅色箭頭分別表示因果關係的正流和負流。星號表示顯著性：P < 0.001 （***），0.01 < P < 0.05（*））
小型魚類已成為長江中下游淺水湖泊中的主要優勢類群。但在湖泊生態修復進程中，這些小型魚類（尤其是小型浮遊動物食性魚類）因體型小、生活周期短和經濟價值低等特點而往往被忽略。該研究通過比較分析小型浮遊動物食性魚類（似鱎）與三種小型雜食性魚類（大鰭鱊，鯽和䱗）的作用效果，揭示了長江中下游淺水湖泊不同類型優勢小型魚類對水質和浮游生物的作用機制，研究結果可為長江中下游淺水湖泊的水質保護及漁業資源管理提供理論基礎和科學支撐。
該研究得到國家重點研發計劃項目（2019YFD0900601, 2020YFD0900500）、中國科學院青年創新促進會人才項目（2019331）、國家大宗淡水魚產業技術體系項目（CARS-45）和湖北省重點研發計劃項目（2020BBB077）等項目支持，以「The feeding habits of small-bodied fishes mediate the strength of top-down effects on plankton and water quality in shallow subtropical lakes」為題在《Water Research》發表（https://authors.elsevier.com/c/1gbdR9pi-aBD1）特別研究助理郭超博士為第一作者，李為青年研究員為通訊作者。劉家壽研究員對研究工作給予指導。
近期，研究團隊圍繞長江中下游淺水湖泊的小型魚類資源利用及魚類群落調控技術開展系列研究，主要成果如下：
Guo C, Li W, Li S, et al., 2022. Manipulation of fish community structure effectively restores submerged aquatic vegetation in a shallow subtropical lake. Environmental Pollution, 292, 118459. (https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.118459)
Guo C, Li S, Li W, et al., 2022. Spatial variation in the composition and diversity of fishes inhabiting an artificial water supply lake, Eastern China. Frontiers in Ecology and Evolution, 10, 921082. (https://doi.org/10.3389/fevo.2022.921082)