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重大突破

高山湖泊沉積記錄的氣候變遷和人類活動歷史

  人類對自然界的改造和開發足跡在湖泊沉積系統中記錄最為詳細,了解歷史時期“氣候-人類活動-湖泊生態”關系鏈將為揭示歷史時期人類活動對環境氣候的影響提供基礎。迄今,以增溫為主要特征的全球變化背景下,人類活動對自然系統的改造和干擾的加劇,已導致湖泊生態系統急劇退化,生物多樣性下降。因此,評估不同時間尺度全球變化對湖泊生態系統的影響,是評估未來全球變化影響、并制定相關保護策略的關鍵。 

 

過去2萬年以來的氣候變化 

末次盛冰期以來,高山湖泊沉積記錄的氣候驅動下區域生態環境的自然演變。以此研究了歷史時期湖泊生態演化對區域氣候的響應,揭示了流域環境-湖泊生態耦合過程驅動區域環境演化的機制。 

  基于高山深水湖泊(云南瀘沽湖)3萬年以來的多沉積指標(如硅藻、枝角類、孢粉和地化指標)的高分辨率記錄,羊向東研究員團隊分析了盛冰期結束以來,低緯太陽輻射和西南季風加強引起的地表環境過程變化對湖泊硅藻種群結構產生的顯著影響。多指標的綜合分析表明,末次盛冰期期間(18kaBP前),極低的太陽輻射強度和弱季風降水導致流域植被生產率很低,湖泊水溫極低,不利于浮游藻類的發育和初級生產力增加。從18kaBP開始,流域植被的發育和營養輸入量的增加指示區域溫度的升高和季風降水的增多,造成了湖泊分層季節的加長和水體營養濃度的上升,促進了浮游硅藻種的發育和較高的浮游生物量。14.5kaBP后,浮游硅藻的快速增加指示了更長的季節分層和更多的湖泊營養,進一步促進了浮游生物的發育。硅藻生態的快速變化,是對太陽輻射的緩慢變化和季風逐漸加強的非線性響應,指示了湖泊關鍵環境過程可能超出了硅藻生態的閾值,包括增溫使得分層進一步穩定和分層季節的進一步加長,季風降水增加使得入湖營養物質持續增加。多指標的綜合分析證實了末次盛冰期以來我國季風降水呈現兩步增強的特征。湖泊古生態記錄證明了西南季風氣候-流域植被對亞熱帶高山湖泊生態環境的顯著影響。研究成果發表在地學領域國際著名期刊Quaternary Science Reviews以及Quaternary Research 

 

  末次盛冰期瀘沽湖硅藻、孢粉和地化指標變化  

  千年尺度內,高山湖泊沉積記錄的人類活動歷史,區域生態演化驅動機制逐漸由自然驅動型向人類活動驅動型轉變,早期農業和現代人類活動的加劇主導生態系統狀態轉變。 

  基于千年尺度高山湖泊多生物指標序列(硅藻、藻類色素、枝角類和地球化學指標)的高分辨率記錄,揭示了自然氣候變化和人類活動間相互作用對湖泊生態系統的顯著影響。結果表明,在小冰期以前湖泊生態系統主要響應自然和區域氣候相關的過程。小冰期以來食物鏈不同營養級的生物群落結構發生重組,揭示了湖泊生態環境發生顯著變化,并于近700年以來加速變化,湖泊生態已由自然變化主導向人類影響主導轉變。多指標的綜合分析表明,小冰期以來湖泊生態系統顯著變化,對自然和人為干擾的脆弱性均有所增強。通過多變量統計模型分析,估算出人類活動加劇的營養輸入對瀘沽湖生物群落結構重組及生態退化的貢獻達25.1%。氣候變化和人類活動疊加影響的背景下土地利用強度、植被覆蓋和地表侵蝕影響下的營養輸入已將湖泊推向一個臨界點,導致湖泊生態系統結構轉變。未來在氣候持續變暖,同時人類活動直接干預增加的共同作用下,將進一步影響到高山深水湖泊營養循環的改變,可能會出現更多的高山湖泊富營養化現象及生態系統發生突變。這些千年氣尺度內自然和人為流域變化相互作用,對于預測未來氣候影響及其對生態系統功能的影響具有重要意義。相關成果近期發表在地學領域國際著名期刊Quaternary Science Reviews 

  相關研究成果由國家重點研發計劃項目國家重點基礎研究發展規劃項目和國家自然科學基金項目共同資助。 

 

2000年以來的氣候-環境-人類相互作用 

 

長時間序列硅藻主成分得分揭示的穩態轉換 

  全文鏈接: 

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277379119309242?via%3Dihub 

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277379113005052?via%3Dihub 

  https://doi.org/10.1016/j.yqres.2016.03.003 

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