“古湖沼记录与湖泊生态模型”结合解析人类世以来湖泊生态演化机制 |
新闻类别：科研信息 发布时间：2023-05-23 |
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湖泊作为地表重要的生态系统，与人类社会的关系十分密切。近几十年来，在以全球增温为主要特征的气候变化和强烈的人类活动的“联合干扰”（Allied attack）下，全球众多湖泊生态系统普遍呈现退化趋势。长期演化的视角为深入理解湖泊生态系统变化的自然过程与变率、生态转变的关键阈值以及生态退化的驱动机制提供了重要基础。古湖沼学方法可以提供湖泊及流域长序列生态环境信息，很好地弥补我国湖泊长期监测数据不足的普遍问题。而基于过程的湖泊生态模型在量化生态系统变化的主要因素和驱动机制方面具有较大优势。 因此，古湖沼记录与生态模型相结合，可以克服长期观测数据缺失的瓶颈，实现湖泊生态系统演变过程的定量表达与影响机制的精准识别（图1）。为此，中国科学院南京地理与湖泊研究所薛滨研究员团队的张灿和孔祥臻等人，选取受人类活动直接影响较小的青藏高原东南缘小型高山湖—错恰湖和受人类活动影响明显的黄土高原六盘山亚高山湖泊—北联池为案例，开展了系列研究。 
图1 基于古湖沼记录构建的湖泊生态模型情境分析流程图 在青藏高原地区东南缘的错恰湖，基于沉积物中生标、色素等指标重建了过去百年湖泊生态演化记录，结果显示1980年以来湖泊生态系统发生了显著变化，表现为初级生产力快速增加、绿藻和硅藻大量增殖。结合湖泊生态模型GOTM-WET模拟分析，湖泊生态系统的快速转变主要归因于区域的大气氮沉降驱动。这是因为对于氮限制的错恰湖，显著增加的外源氮营养物质的输入促进藻类生物的增殖和演替。此外，模型结果还显示，气候变暖和大气氮沉降不仅可以单独提升湖泊藻类增殖、驱动生态演化过程，两者还具有显著的协同发大效应（图2）。 
图2 错恰湖近百年湖泊生态演化的模型模拟结果 在黄土高原地区的六盘山北联池，基于生标、色素和硅藻指标重建的近百年湖泊生态环境演化记录，发现2000年以来湖泊生态系统发生显著变化，表现为初级生产力快速增加、水生植物和藻类阶段性增殖等特征。并且湖泊生态演化与同钻孔其他理化指标重建的急剧下降的流域土壤侵蚀、显著增加的水体透明度同步变化。这是因为1999年黄土高原地区启动实施了“退耕还林”工程，植被覆盖率明显增加（其中六盘山地区森林覆盖率从47.8%增加到64.5%），降低了流域土壤侵蚀量。 接下来，通过湖泊生态模型GOTM-WET分析进一步发现，土壤侵蚀是一把“双刃剑”，一方面会降低入湖营养物质，限制湖内藻类的生长，另一方面也会增加水体透明度，增强生物的光合作用及扩大底栖生物的栖息地，导致藻类阶段性快速增殖。此外，由于有限的增温幅度和浅水特征，气候变暖对北联池生态变化的影响尚有限（图3，图4）。 
图3 北联池近百年湖泊生态演化的模型模拟结果 
图4 北联池近百年湖泊生态演化驱动机制概念图 上述不同类型湖泊案例的成功开展，表明古湖沼记录与湖泊生态模型结合的研究方法，未来在湖泊生态学、古生态学领域具有很大的应用潜力。尤其在我国湖泊普遍缺乏长期观测资料的背景下，利用古湖沼记录构建合适的生态系统模型的方法，可为定量解析全球不同类型湖泊生态演化过程和驱动机制、预测未来演化趋势提供了创新视角。 本研究由中国科学院南京地理与湖泊研究所、南京大学、南通大学、德国亥姆霍兹环境研究中心、荷兰生态研究所国内外5家单位合作完成。近期发表在Freshwater Biology、Frontiers in Ecology and Evolution等国际主流期刊上。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院先导专项、南京地理与湖泊研究所揭榜挂帅和人才托举等项目的资助。 相关论文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/fwb.14077 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fevo.2023.1119840/full https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fevo.2023.1119869/full http://www.jlakes.org/html/2023/3/20230315.html
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