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项目简介

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定量刻画湖泊生态系统结构和功能变化、及其对全球变化的线性和非线性响应过程特征,深入揭示湖泊生态系统演变和突变机制是全球变化研的前沿领域。项目瞄准这一国际前沿,围绕“全球变化影响与风险评估”重点专项申报指南“4.6 湖泊生态系统长期演变机理与生态安全评估”,针对我国季风区湖泊生态系统显著退化、增温导致的湖泊生态系统突变风险加大的态势,以及湖泊生态修复理论依据不足的现状,开展工作。

拟解决的关键科学问题:

(1)气候和人类活动双重驱动下,季风区湖泊生态系统是如何响应的,在多大程度上偏离自然演化的轨迹?

(2)如何定量表征湖泊生态系统结构变化,揭示不同时空尺度湖泊生态系统弹性变化和临界转换特征?

(3)全球增暖背景下,如何基于弹性理论评估湖泊生态系统服务功能和生态安全?

项目拟开展以下内容研究:

(1)季风区湖泊现代过程数据库与生态系统结构定量表征,建立气候-环境要素与生态系统结构的量化关系;

(2)千年来湖泊生态系统对全球气候变化多尺度响应的过程、特征与规律;

(3)湖泊生态系统弹性变化与突变早期信号特征;

(4)湖泊生态系统服务长期变化与生态安全评估。

围绕上述研究内容,项目的技术路线是:

通过长江中下游和西南地区近100个湖泊的大空间采样、3个典型湖泊原位监测,建立湖泊现代过程数据库,包括藻类、浮游动物、底栖动物、水生植物、细菌、水环境和气候要素数据库,研发定量表征生态系统结构和弹性的指标方法体系,建立气候环境要素与生态系统结构的定量关系;利用古湖沼手段,开展8个典型湖泊过去千年来高分辨率的多生物和气候环境指标、生态系统结构指标等的定量重建;发展能够模拟湖泊生态系统长期变化的PCLake模型,模拟并验证生态系统的响应和反馈过程、以及系统突变的早期信号特征;研发基于弹性变化的湖泊生态系统服务和生态安全评估技术,利用Stella模型平台构建湖泊系统动力学模型,实现未来增温场景下湖泊系统演变趋势的预测。

项目的目标和预期成果是:

建立我国东南和西南地区千年来典型湖泊生态系统演化序列,阐明年代际尺度不同区域湖泊生态系统响应气候变化和人类干扰影响的机理,甄别人类干扰叠加过程中生态系统偏离自然演化轨迹的程度;根据序列重建、长期监测、生态系统模型模拟和实验室操控实验,揭示湖泊生态系统弹性损失的过程特征与系统反馈机制,提取生态系统突变的预警信号;评估生态系统服务主要功能的长期变化趋势,构建湖泊生态安全操作空间,模拟预测未来生态系统变化趋势。项目力争提升我国湖泊生态系统研究的深度和水平,推动学科交叉融合,并占据湖泊生态系统弹性研究的国际学术制高点,为湖泊生态环境管理和治理提供科学支撑。

项目设置3个课题:

课题1、长江中下游洪泛平原湖泊生态系统演变过程及模式;课题2、西南高原湖泊生态系统演变过程与突变机理;课题3、季风区湖泊生态系统安全评估与预测预警。