沉积记录揭示的浅水湖泊生态系统稳态转换与驱动机制

Ecosystem regime shifts often occur irreversibly, unnoticeably and destructively. This kind of ecological pheromone, for instance, the alternative stable states in shallow lakes, has been widely envisaged. Due to the lack of long-term monitoring records and the complexity of the process, it is crucial to obtain a better understanding on the process and mechanism of regime shift in such shallow lakes. This project will reveal the ecological process of three typical shallow lakes along the middle and lower reaches of Yangtze River over the last 200 years. These records will be used to justify whether there exists regime shifts and, if exist, to elucidate the changing patterns and feedback in/between environmental and biological components. The driving mechanism of regime shifts in each lake and in the regional scale will be explored. This work should provide an essential contribution to the ecological theory "regime shift"and important scientific support to the Yangtze shallow lakes'restoration.

众多的生态系统"稳态转换"现象具有不可逆性、不易察觉性及巨大的破坏性，如浅水湖泊由"草型"向"藻型"湖泊的状态转换，近年来受到了国际社会的广泛关注。由于长期生态监测记录的普遍缺乏及驱动要素的复杂性，对浅水湖泊生态系统的转换过程及其触发机制的认识亟待深入。本项目拟通过长江中下游3个典型湖泊沉积记录的多古生态指标和环境代用指标的高分辨率分析，揭示近200年来湖泊生态系统长期变化的过程。考察生态系统是否以及如何发生稳态转换，研究转换前后生物种群和群落结构的变化特征，以及稳态转换发生的主要环境阈值。开展各生物之间、生物与环境之间的关系研究，探讨系统内部反馈过程及生态系统发生稳态转换的驱动机制。本项目从生态演化的视角来揭示浅水湖泊生态系统稳态转换过程及驱动机制，有望进一步丰富湖沼生态学理论，亦可为湖泊生态恢复策略的制定提供重要的科学支撑。

围绕着“生态系统稳态转换”这一近年来科学热点，本项目选取了长江中下游 3 个典型湖泊太白湖、涨渡湖及升金湖开展了多古生态指标和环境代用指标的高分辨率古湖沼学分析，以期揭示近 200 年来湖泊生态系统长期变化的过程，借以分析这些湖泊是否存在稳态转换及存在的稳态转换机制，为湖泊生态系统的管理提供预警及建议。通过项目计划的工作及前期的研究基础，本研究在分别考察这三个典型湖泊结果基础上，广泛的对比、综合集成了其他湖泊的研究结果，研究发现：1）历史记录的搜集整理结果表明，可以看到近数十年（百年）来这些湖泊在水系连通、湖泊形态、人口承载、营养输入和鱼类组成以及养殖方式上都发生了较大改变； 2）长江中下游湖泊大多经历了20世纪50年代和80年代两个明显生态转型时期。多指标综合分析表明， 50年代前后这些湖泊的生态转变，来源于区域内普遍高强度的人类围垦、筑坝和建闸等引起的水文条件改变（江湖关系被阻隔），由此也改变了湖泊生物地球化学行为，营养开始积蓄；80年代改革开放以来，区域产业结构的改变进一步加重了湖泊营养和污染物质的富集，并最终促使区域内湖泊发生不同程度的富营养化，部分湖泊如巢湖、太湖、太白湖向富营养藻型状态转变；3）湖泊生态系统发生显著转变前的湖泊硅藻群落总体以浮游的颗粒直连藻为主，以附生底栖的脆杆藻、舟形藻、卵形藻、曲壳藻和桥弯藻等为辅的组合，水体总磷值维持在50µg/L左右，沉积速率约为0.16 g·cm2·year；4）涨渡湖和太白湖过去100余年来生态系统服务功能均发生了较大的变化，是系统发生转变的一个特征，同时不同的生态系统服务功能间存在较强的协同/均衡效应。本项目从生态演化的视角来揭示浅水湖泊生态系统稳态转换过程及驱动机制，有望进一步丰富湖沼生态学理论，亦可为湖泊生态恢复策略的制定提供重要的科学支撑。