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人类世以来全球淡水湖泊生态环境严重退化,主要的生态系统服务功能丧失,许多湖泊发生稳态转换从而导致恢复治理难度大。如何提高生态系统应对气候变暖和人类活动加剧的弹性,防止系统发生突变,保障生态系统服务的主要功能,是科学界,管理部门以及政策制定者面临的核心挑战之一。而揭示不同时间尺度上湖泊生态系统动态演化轨迹,探讨气候变化和人类互动下典型湖泊生态系统结构和弹性变化的过程、规律和机制,可以为湖泊修复和治理提供重要信息。

项目第三课题中科院南京地理与湖泊研究所张科研究员团队通过对我国长江中下游和西南地区11个典型湖泊的古生态沉积硅藻记录系统的梳理和分析,揭示了过去200年来不同湖泊的弹性变化和系统突变的动态特征和模式。研究发现所有湖泊的硅藻群落结构和组成在过去几十年内都发生了显著的变化,但是不同湖泊突变的时间存在明显的空间差异,进一步分析揭示出在系统突变之前硅藻群落的自相关性升高,表明系统弹性的逐步降低最终导致稳态转换的发生。通过对流域社会经济数据的进一步分析对比,人口增加、围垦、农业、水利建设、水产养殖等人类活动是主要驱动力,而流域社会经济发展的三个不同阶段(1900-1950、1950-1980、1980-2010)分别对应了湖泊弹性降低以及发生突变的时间。广义相加模型(GAM)进一步揭示了驱动力-响应之间的线性和非线性变化关系,表明突变是系统受到多重驱动力叠加作用下发生。该研究为深入理解我国典型湖泊当前的状态及弹性变化提供了重要的长期演化的信息。文章发表在国际一流全球变化期刊Global and Planetary Change。