末次冰消期湖泊硅藻生物多样性对全球气候变暖的响应过程

The influences of declining biodiversity induced with global warming effect on the functioning of ecosystems have been a focus issue. Microbial community is an essential component in global ecosystems as a result of its high efficiency of primary productivity. They also play a massive role in controlling the global climate. Modern ecological investigation on the contribution of microbial biodiversity to ecosystems is largely limited by the scale and amplitude of biodiversity variations in modern ecological experiments. While, the microbial fossil records in geological records, which can be well preserved in sediment, can compensate the demerits of modern ecological research and provide some information to help us to understand how microbial biodiversity changed with dramatic shifts in climate. This project will explore the changes of diatom composition, biodiversity during the last deglacial from three close lakes which distributed in different climatic zones; this application will aim to assess how diatom biodiversity varies with temperature during the successive warm and cold periods during the last deglacial. The project will explore the relationships between diatom redundance and diatom biodiversity, and finally investigate their influences on the productivity of lake ecosystems. We are hopefully to make a reasonable assessment on the role of biodiversity in the functioning of ecosystems with climate changes.

全球升温背景下生物多样性的变化对生态系统功能所产生的影响已成为目前生态学领域关注的焦点问题。微生物因其具有强大的初级生产力，在生态系统乃至全球环境变化中起着关键性的作用。现代生态学中微生物生态方面的研究在时空尺度和变化幅度上均受到很大限制。研究地质历史时期大幅度气候波动期间微生物多样性的变化，可以弥补现代生态学的不足，获取特定时期大幅度和灾难性的微生物多样性变化的重要信息。特别是在地质历史时期一些微生物群落—硅藻，可以保存完整的生物遗存，为研究微生物多样性提供了得天独厚的条件。本项目计划利用末次冰消期三个不同气候带封闭湖泊的微生物硅藻记录，对比分析不同气候带湖泊的硅藻组合、生物多样性对末次冰消期变暖场景响应方式的异同，并探讨其与湖泊生产力之间的关系，尝试性揭示生物多样性与生态系统功能稳定性之间的关系，为认识大幅度快速气候变化过程中微生物多样性的变化规律提供地质历史证据。

生物多样性对全球升温的响应过程是理解生物多样性与生态系统功能的关系的重要途径。微生物作为生态系统的重要初级生产力，在生态系统乃至全球环境变化中起着关键性的作用。目前对生物多样性的研究大多局限于现代几年至几十年的实验对比分析，对于气候和自然环境变化的幅度和尺度都是有限的。研究地质历史时期大幅度气候波动期间微生物多样性的变化，可以弥补现代生态学的不足，获取特定时期大幅度和灾难性的微生物多样性变化的重要信息。项目旨在研究地质历史时期气候快速变化的过程中生物多样性对气候变暖的响应过程。首先在进行地质历史时期硅藻生物多样性研究之前，需要确定单一钻孔的硅藻生物多样性是否具有全湖代表性。为了探究这一问题我们在云龙天池和湖光岩玛珥湖开展了现代不同水深硅藻生物多样性的研究，发现硅藻生物多样性并不会随着湖泊水深的变化而变化，说明在封闭，湖岸相对简单（没有峡湾），混合较强的湖泊中，可以利用单一钻孔来研究硅藻生物多样性对全球变暖的响应过程。在此基础上，我们开展了末次冰消期期间硅藻生物多样性对全球快速气候波动的响应过程研究。通过对比云龙天池和湖光岩玛珥湖的生物多样性变化，我们发现，热带湖光岩玛珥湖在气候转暖的过程中生物多样性呈现降低的趋势，而高山云龙天池湖泊却表现为增加的趋势，二者之间表现完全相反。通过分析这两个湖泊的硅藻组合特征，我们认为，湖光岩玛珥湖硅藻组合变化主要是受控于东亚冬季风的变化，在转暖过程中随着东亚冬季风的减弱，小型的浮游硅藻占据绝对优势，硅藻生物多样性降低。而在云龙天池中，硅藻组合变化主要受控于温度的变化，随着气候转暖，湖泊开化期延长，硅藻生长空间增加，各类底栖硅藻繁盛，使得硅藻生物多样性增加。硅藻生物多样的不同变化规律表明，不同气候带生物多样性对气候变化的响应机制不同，需要结合气候变化规律进行深入具体的分析。