古湖沼学中的化石硅藻——80年代以来研究进展

化石硅藻由于其丰度高、壳体易于保存,对环境变化敏感、分布范围广等特点,已成为古湖沼学研究中的重要研究手段。80年代以来国际上湖泊硅藻研究在以下几方面得到迅速发展:(1)系统分类;(2)与环境因子的关系;(3)湖泊酸化、富营养化;(4)气候变化;(5)转换函数;(6)再沉积作用和溶解作用;(7)与色素对比分析等。我国湖泊化石硅藻研究起步较晚,80年代以来已积累了一些研究资料,近年来此项研究已开始受到重视和加强。

古湖沼学研究揭示湖泊生态系统服务变化的过程

当今在气候变化和人类活动等多重压力影响下,作为地表过程重要组成部分的湖泊生态系统正遭受着巨大威胁,其服务功能急剧退化.如何客观地评价湖泊生态系统服务的现状,并科学地预测其发展趋势,是当前亟待解决的问题.开展长期生态系统服务变化过程与机理的分析,有助于未来生态系统服务变化趋势的预测.然而,现有的观测数据往往时间较短(通常小于50年).连续的湖泊沉积记录为研究生态系统服务变化的长期过程提供了可能.本文结合前人研究成果,列举了可反映湖泊生态系统服务变化的一些古湖沼学指标,依据这些指标相对明确的生态和环境指示意义,将其与各项服务关联起来.最后,结合巢湖实例分析来说明这些指标在评估湖泊生态系统服务方面的具体应用,研究表明当今巢湖生态系统服务供应能力的持续增加是以调节服务的丧失为代价的.尽管目前的研究尚处于起步阶段,但古湖沼学手段无疑为今后湖泊生态系统服务历史状况的评估提供了途径,为古湖沼学的应用提供了一种新的思路,并为今后生态系统的保护和可持续利用提供重要的决策依据.

湖水面演变历史与古湖沼学证据

对世界各地许多保存完整的古湖沼学证据详加分析研究，可以获得大量湖水面演变历史的信息。而湖水面的动态变化受控于气候因素的变化。所以成为目前湖泊环境学研究的一大分支。该文从地貌学、相组合和沉积学、地球化学、古生态学以及考古学五个方面简述古湖沼学证据，以图更精确地恢复过去的湖泊演变历史。

中美古湖沼学合作研究结硕果

“云南中部石灰岩地区高原湖泊古湖沼学研究”,是国家自然科学基金资助的,由云南省地质研究所宋学良执行的基金项目。项目批准后,为使该项目研究得以顺利开展并取得高水平研究成果,国家自然科学基金委员会又资助该项目与美国有关单位开展合作研究。 美方为首的科学家是美国科学院院士、美国湖沼学会会长爱德华·迪维(Edward S.Deevey)教授,还有佛罗里达大学、西卡罗莱纳大学、哈佛大学、明尼苏达大学的五名教授参加。

王苏民研究员荣膺国际古湖沼学会终身成就奖

6月18日,在瑞典斯德哥尔摩召开的第14届国际古湖沼学大会上,来自中国科学院南京地理与湖泊研究所的王苏民研究员荣膺国际古湖沼学会终身成就奖（IPA Lifetime Achievement Award）.这是对王苏民研究员50余年致力于中国湖泊沉积及古湖沼学研究的肯定和表彰.

基于古湖沼学的鄱阳湖赣江三角洲湿地生态系统演变过程研究

随着社会经济的快速发展以及人类对淡水湖泊掠夺式资源开发利用,湿地生态系统正面临前所未有的威胁。鄱阳湖作为我国第一大淡水湖泊,由于其多样的地形条件、丰富的雨水自然条件以及优越的气候条件,洲滩植被茂密,湖中各种高等植物遍布,为生物的繁衍及物种多样性提供了良好的条件。然而,众多鄱阳湖研究报道表明,鄱阳湖赣江三角洲区域内湿地生态系统正在逐渐发生变化,湖泊生物多样性及生态服务功能面临众多不确定性。

湖泊流域生态系统演化对人类世研究的重要意义

人类世可能成为一个全新的地质时期,以描述人类活动对地球环境造成极为深远的影响,目前已被广泛讨论。湖泊及流域生态系统作为与人类社会最密切的地球单元之一,受到人类活动显著影响,相关研究成果能为理解人类世做出贡献。本文从湖泊流域生态系统和人类世本身特征为切入点,讨论了湖泊及流域生态系统演化对人类世研究的重要意义。我们认为,湖泊具有相对独立的整体,清晰的内部作用关系、完备的理论支持和时空数据支撑,能够为人类世地球各圈层交互作用提供研究框架。湖泊流域生态系统演化的稳态转换与地球环境进入新的地质时期具有诸多相似之处,相关研究成果能够更好地界定人类世开始时间、总体特征以及演变过程和机制。本文指出人类世湖泊及流域生态系统演化研究依然面临诸多挑战,并提出了对未来相关研究的展望。

郑州-荥阳附近全新世湖沼沉积环境及对人类文化发展的意义

郑州地区深约4~12m多处发现有1-2层灰黑色黏土层,具有湖沼相沉积特征。中原地区是华夏文明发祥地,文明发展与环境密切相关,稳定的水源是先民生存繁衍的基础,探究古湖存在对认识文明起源与发展具有重要意义。选取该区张五寨、司马村、后真村、安庄村等4个含湖沼层剖面,采集2个标准钻孔和15个控制孔岩心,进行沉积学、物理磁学、生物化石、有机碳和地球化学等环境指标分析。湖沼层系灰—黑色黏土—粉砂黏土,夹于上下河流相沉积中。放射性碳和释光等测年技术测定结果表明,湖沼层时代为全新世中期,约3~8kaBP。黏土含量高值与磁化率低值对应,反映出径流搬运的磁性重矿物较少,表明较弱的水动力条件或静水沉积,代表湖沼相环境。孢粉分析出香蒲属、蓼属、莕菜属、狐尾藻属、眼子菜属等水生植物花粉,最高占草本的19.4%。该湖沼层中有机碳含量平均为21.6%,最高达29.4%。化学元素综合环境C值与黏土含量变化同步,反映出古湖在气候湿润或降水增加的环境下形成;还反映了流域植被覆盖度较高,水土流失少,主要搬运细颗粒物质入湖。沉积证据重建的全新世中期湖沼环境,与区域仰韶和龙山文化的古遗址点分布特征一致,由此定量估计了其分布范围和面积。本研究为郑州地区全新世存在古湖沼提供了科学依据,也为人文考古、遗址发掘提供实践意义的帮助。

九江—澎泽一带沙山研究存在问题探讨

依据 TL和 1 4 C测年数据及各项环境指标分析 ,对九江—红光澎泽一带沙山剖面进行了研究和对比 ,讨论了 147ka B.P.至晚冰期的年代地层序列和古气候环境 ,同时对沙山成因、古湖沼形成机制进行了深入探讨。该区沙山地貌并非新构造运动所致 ,属差异侵蚀作用的结果 。

上行与下行效应对浮游动物的长期影响评价——以滇池与抚仙湖沉积物象鼻溞(Bosmina)为例

近年来云南高原湖泊面临富营养化、渔业活动增强等多重环境压力的叠加影响,对湖泊的有效治理与生态修复急需对多重压力下生态系统的响应模式进行系统了解.现有研究表明在系统生产力和捕食压力的不同配置下,湖泊系统主要组成(如浮游动物)的响应特征可能出现差异且捕食压力可能随营养水平的变化而改变,目前对云南湖泊生态系统的研究主要集中于单一环境压力下的生态响应.本研究以目前分别处于重富营养和中-贫营养水平的滇池和抚仙湖为研究对象,应用湖泊沉积物记录进行多指标分析,探讨受外来鱼类影响下两个大型湖泊浮游动物长期响应模式的异同.通过象鼻溞生物量与个体大小等指标,重建了近百年来滇池与抚仙湖典型浮游动物的变化历史,结果表明随着湖泊生产力水平(如沉积物色素生产量)的增加,2个湖泊中象鼻溞生物量显著增加,同时物种相对组成出现明显变化(如Bosmina longispina被B.longirostris取代),指示湖泊上行效应对浮游动物的控制作用.同时象鼻溞的生物量、壳长与触角长度的变化在1960s与1980s有明显降低的趋势,与同期外来鱼类(如银鱼)引入与渔业产量增加的时间一致.进一步应用多变量回归分析与方差分解方法来定量评价上行与下行效应对象鼻溞生物量变化的驱动强度,结果表明富营养化(沉积物色素)和捕食作用(象鼻溞壳长)对浮游动物长期变化的驱动强度比较相似(分别解释了生物量变化的77.25%和83.59%),然而在滇池下行效应对象鼻溞生物量的独立影响比在贫营养的抚仙湖中更强(分别为15.46%和10.39%),上行效应对象鼻溞生物量的影响在抚仙湖要明显强于滇池(分别为69.74%和19.67%),而在滇池上行与下行效应的相互作用强度明显强于抚仙湖(分别为42.12%和3.46%).结果表明随着湖泊营养水平的升高,浮游动物的生物量在2个湖泊中均显著增加,而外来鱼类(如太湖新银鱼)的引入和经济鱼类数量的增加加剧了对浮游动物的捕食压力,造成了浮游动物的生物量降低和个体减小.但在快速富营养化的滇池,对浮游动物的捕食压力随营养水平的变化出现较强的依赖性,而在总体处于中-贫营养水平的抚仙湖中此相互作用较弱.结果表明在不同营养水平的大型湖泊中,营养水平的变化幅度可以导致鱼类捕食压力的差异性变化,指示了对鱼类捕食压力的评价和浮游动物长期变化的特征分析需要考虑湖泊的营养水平与富营养化过程的差异.总之,富营养化和外来鱼类的引入导致了高原湖泊生态系统的快速响应与结构变化,因此对高原湖泊的生态修复需要考虑湖泊营养水平对生态系统结构与食物链作用的影响.

羌塘高原湖水δ^(13)C_(DIC)值特征及影响因素分析

湖水溶解无机碳同位素(δ13CDIC)是研究湖泊碳循环的有效手段,其影响因素分析是古湖沼学中重建过去环境的理论基础,但国内关于这一方面的研究却还相对较少.本文研究了羌塘高原24个湖泊水体δ13CDIC值空间分布特征及其影响因素.结果表明,所选湖泊水体δ13CDIC值在-15.0‰至3.2‰之间,平均值为-1.2‰,表现出较高的同位素特征,部分湖泊δ13CDIC值甚至高于水体与大气CO2交换平衡时的同位素值.羌塘高原湖水普遍显碱性并具有较高的碱度,大部分咸水湖泊溶解CO2呈逸出状态,仅有少数淡水或微咸水湖泊以溶解大气CO2为主要特征.封闭湖泊水体DIC浓度和δ13CDIC值要明显高于入流河水,而外流湖泊与河水较为接近.湖水与大气CO2交换程度决定了羌塘高原封闭湖泊δ13CDIC值的高低.由于封闭湖泊DIC滞留时间长,湖水与大气CO2交换程度高,湖水δ13CDIC值比较接近平衡状态.本研究对认识羌塘高原封闭湖泊碳循环过程及沉积物中无机碳同位素环境意义具有重要理论价值.

近百年来枝角类群落响应洱海营养水平、外来鱼类引入以及水生植被变化的特征

近几十年来,以大型湖泊为代表的云南部分湖泊受人类活动的持续影响出现了生态环境的明显变化.洱海作为云南面积第2大淡水湖泊,经历了多重环境压力(富营养化、外来鱼类引入、水生植被退化等)的影响.在湖泊现代监测数据面临时段较短、缺乏连续记录的背景下,湖泊沉积物的连续记录可以提供湖泊生态环境变化的长期历史并可用于生态响应模式的识别.以目前处于富营养水平的洱海为研究对象,应用湖泊沉积物记录进行多指标分析,探讨多重环境压力影响下洱海枝角类群落的长期变化特征以及影响因素,并与已有研究成果和现代监测数据进行对比,探讨了枝角类群落对环境压力响应的空间差异性.通过分析沉积物枝角类记录,重建了近百年来洱海枝角类群落的变化历史,结果表明过去100年来,枝角类的生物量总体呈增加趋势,尤其从1990年左右开始,象鼻溞生物量显著增加,物种相对组成出现明显变化(如Bosmina longispina被B.longirostris取代).同时象鼻溞的生物量、壳长与触角长度在1990s初期有明显降低的趋势,与同期外来鱼类(如银鱼)引种成功的时间一致.限制性聚类分析结果表明,枝角类群落结构的变化有3个主要阶段:1990s以前,底栖枝角类为群落的主要组成;1990—2000年左右,浮游枝角类(以象鼻溞为主)在枝角类群落结构中的比例迅速增加;从2000年以后,枝角类群落组成以浮游枝角类为主.同时,枝角类数据的主成分(PCA)分析显示,仅有PCA主轴1呈现显著的变化且解释了群落结构变化的61.64%,进一步分析表明水生植被变化可能是驱动枝角类变化的主要环境梯度,如底栖枝角类生物量减少响应了湖泊水生植被的退化.与已有研究对比表明,浅水湖区沉积物记录的枝角类生物量在1970s急剧增加与1980s急剧降低等现象并没有被深水区的沉积物记录所反映,指示了洱海生态系统的变化模式存在空间差异性.同时象鼻溞个体大小的变化模式反映了外来鱼类引入导致的鱼类捕食压力的变化.总之,本文揭示了枝角类群落结构与生物量的长期变化,反映了洱海富营养化过程、水生植被的退化与外来鱼类引入的长期驱动影响,因此对洱海的生态管理与修复工作应考虑多个环境压力的影响并加强对湖泊生态系统的评价.

湖泊营养物参照状态建立方法研究

建立生态分区内各类型湖泊营养物的参照状态是营养物基准制定过程中最为核心的内容之一。在系统分析和评价国外确定湖泊营养物参照状态的若干种方法,包括参照湖泊法、湖泊群体分布法、三分法、回归分析等几种统计学方法以及模型推断和古湖沼学重建方法后,文章根据总磷(total phosphorus,TP)、总氮(total nitrogen,TN)、叶绿素a(chlorophyll a,Chl-a)和塞氏透明度(Secci depth)等四项指标的历史监测数据,应用若干统计学方法建立了巢湖的营养物基准参照状态。通过互相之间的比较分析以及长江中下游湖区古湖沼学重建数据的验证,推荐采用湖泊群体分布法5%点位对应的值作为巢湖营养物基准的参照状态。因此,巢湖营养物参照状态阈值范围为总磷0.023～0.27mg·L-1,总氮0.62～0.63mg·L-1,叶绿素a0.65～0.67mg·m-3,塞氏透明度0.65～0.72m。

太湖枝角类微化石的初步研究

湖泊沉积物中的枝角类微化石能够在一定程度上反映历史时期水体中的枝角类种群动态,从而具有重要的环境指示意义.通过对太湖(马山附近)沉积物中枝角类微化石的初步研究,尝试反演了所研究湖区近百年来水体环境的演化过程,并对枝角类种群动态的驱动因素进行了分析.从沉积物中共鉴定出10属14种枝角类,其中象鼻溞属占绝对优势,相对丰度平均值高达95.4%,尖额溞属次之,为4.2%;盘肠溞属以及其他枝角类不到1%.研究结果显示,随沉积深度自下而上变化,喜好富营养水体环境的B.longirostriscornuta和A.rectangula的丰度逐渐增加,而偏贫-中营养环境的A.intermedia的丰度则逐渐下降,表明水体营养水平处于逐渐上升的过程,其中表层3cm以上枝角类绝对丰度的急剧下降和A.intermedia的完全消失表明,20世纪80年代末期以来水体急剧富营养化;另外枝角类敞水区种类与沿岸带种类的数量比(P/L)随沉积深度的变化也在一定程度上反映了太湖水深/水面积的变化以及20世纪80年代末期以来的水体富营养化状况.研究结果同时也表明,20世纪60年代以前,自然环境条件为影响枝角类种群动态的主控因素,此后人类活动的影响越来越明显并最终成为枝角类种群动态的决定性因素.

近1200 a来黄河下游梁山泊沉积记录的环境变迁

利用梁山泊670 cm柱状岩芯沉积物,基于精确的AMS-^(14)C年代测定,通过高分辨率的粒度、磁化率、总有机碳、C/N比值等环境代用指标的综合分析,并结合历史文献记载,初步揭示了1200 a来黄河下游地区平原湖泊沉积特征及环境演化历史.结果表明,梁山泊环境演化大致分为5个阶段:790-940 AD期间,为低湖面的沼泽沉积环境,气候冷干;940-1215 AD期间,屡次受到黄河决溢洪水影响,湖盆扩张,湖泊水位上升,为梁山泊极盛期,气候暖湿;1215-1310 AD期间,黄河夺淮入黄海,湖区淤积严重,湖泊萎缩减小;1310-1470 AD期间,再次受到黄河决溢洪水影响,水位上升,面积扩张,但逊于极盛期;1470 AD至现代,黄河河道进一步南移,远离梁山泊,湖盆淤积抬高,梁山泊最终消失,直到1855AD,黄河第6次大改道北移,湖泊再次受到黄河洪水影响,由于前期受到泥沙淤积抬高,该地区仅作为黄河泥沙承载区.在气候变化大背景下,黄河改道决溢是梁山泊演化的主因.

沉积记录揭示的湖泊长期生态系统服务权衡/协同机制:进展、案例剖析与展望

揭示生态系统服务的时空变化特征及权衡/协同机制,对提升生态系统服务总体效益和人类福祉至关重要,已成为当前研究热点。在概述生态系统服务权衡/协同过程与机制的研究方法、进展基础上,以湖泊生态系统为研究对象(以长江中下游太白湖为例),探讨如何利用历史记录(包括文献记载及基于湖泊沉积的定量重建)来有效重建湖泊生态系统功能、定量各功能间权衡/协同特征、揭示生态服务间权衡/协同发生机制等重要问题,重点展示基于湖泊沉积物分析的古湖沼学方法在重建历史时期生态系统服务过程方面的技术优势。最后对目前存在的问题及今后的研究方向做一展望:古湖沼学方法的不确定性及指标解释有待进一步完善,需要进行生态系统过程-服务动态过程的多情景模拟研究,加大湖泊生态系统服务在不同时空尺度上的相互作用机制研究。

“安全公正空间”框架在区域环境管理中的应用——以太白湖流域为例

近年兴起的“安全公正空间”(Safe and Just Operating Space)理论框架突出了环境安全上限,兼顾了社会发展主要指标的达成度,对区域环境安全和社会可持续发展具有重要意义。选择长江中下游太白湖这一典型湖泊流域,整合周边县市社会调查数据及过去近150余年来的沉积记录(包括地球化学、孢粉、硅藻等多指标),分别从环境安全及社会基础两个方面,构建了该流域社会-生态系统安全公正空间。结果显示:目前,流域内水质、空气质量、耕地面积和水土保持这4个指标超越了环境上限,处于危险状态;清洁能源、产业创新的社会基础完成度相对较低。该框架有助于流域系统的管理和决策,同时也有利于公众理解环境上限和社会基础之间交互复杂的关系。本研究亦展示了多源环境数据,特别是古湖沼学记录,能为区域生态环境管理提供重要的长期背景资料。

湖泊营养物背景本底浓度确定方法及问题探讨

依照国外经验,首先进行湖泊营养物分区研究,以此为基础,系统建立湖泊营养物的基准和标准,以统一性方式监控湖泊环境质量,便于科学的评估、预防、控制和管理湖泊富营养化,极大程度上避免决策管理的盲目性。目前营养物基准研究在我国尚处与起步研究阶段,确定背景本底浓度(即参照状态)在营养物基准制定研究中是十分重要的环节。分别对确定背景本底浓度(即参照状态)的统计学方法、古湖沼学重建方法、历史数据和专家判断方法和模型推断方法进行介绍与分析,进而总结出目前确定湖泊背景本底浓度(即参照状态)研究中需要进一步探讨和研究的主要问题。