滇西北地区高山湖泊沃迪错近两百年来环境变化及枝角类群落响应

区域增温和大气氮沉降作用已成为高山湖泊面临的重要环境胁迫,已有高山湖泊生物群落响应的长期模式研究主要集中于藻类而缺乏更高营养级生物(如浮游动物)的系统调查。本研究选择滇西北地区深水型的高山湖泊沃迪错开展沉积物调查,通过多指标分析(总氮、总磷、叶绿素a、氮稳定同位素等)并结合区域气候重建记录,识别近两百年来该湖泊及流域环境的变化历史,进一步利用枝角类群落指标(物种组成、生物量等)定量评价了湖泊生物群落的响应模式与驱动因子。结果表明,湖泊营养水平(如总氮浓度)和初级生产力(叶绿素a浓度等)在过去近两百年总体呈上升趋势。相关分析显示,大气氮沉降和流域外源输入是影响总氮上升的主要因素,同时区域增温和营养盐富集促进了湖泊初级生产力的不断上升。自1960s以来区域升温明显,湖泊营养水平和叶绿素a浓度呈现加速上升的趋势。钻孔中枝角类群落以浮游属种(Daphnia longispina等)为优势种,在1900AD以前D.longispina相对丰度较为稳定(40.83%±8.02%),之后出现下降趋势且在1948—1965年间明显下降,之后再次明显上升并成为主要优势种。排序分析显示,气温、叶绿素a和总氮是影响枝角类群落演替的主要因子,且在1960s前温度和营养水平对枝角类群落结构的独立影响显著,之后水体营养水平(总氮)和初级生产力的上升则成为影响枝角类群落结构变化的主要因素。本研究揭示了区域增温、大气沉降与流域地表过程对高山湖泊浮游动物群落的长期影响及其与藻类耦合作用增强的近现代模式,有助于识别全球变化背景下高山湖泊生态环境演化的关键过程并预测其未来变化的主要方向。

近百年来异龙湖有机碳和无机碳埋藏响应水体富营养化的协同变化特征

湖泊碳埋藏模式及其动态变化对陆地碳汇通量与全球碳收支估算具有重要影响,然而现有湖泊碳埋藏评估主要基于有机碳的埋藏模式,缺乏对无机碳埋藏以及有机碳-无机碳协同变化过程的系统评估.本文通过对云南岩溶区异龙湖开展沉积物岩芯样品的多指标分析和湖盆3个点位的记录对比,结合210Pb、137Cs年代学序列,识别了1900年以来异龙湖有机碳和无机碳埋藏通量的变化历史和空间特征,并甄别了二者协同变化的主要特征及其转化路径.结果表明,近百年来流域开发导致的营养盐长期输入(如沉积物氮和磷的持续富集)显著提高了异龙湖的内源初级生产力,表现为1900~2020年间沉积物藻类色素含量持续增加,蓝藻叶黄素浓度由~7.02μg/g显著增加到~38.99μg/g.同期有机碳和无机碳的埋藏通量均出现持续的上升趋势,且两者的同步变化特征显著(r=0.98~0.99,P<0.001).回归分析表明,藻类生物量是碳埋藏通量上升的主要驱动因子(R^(2)=0.33~0.91,P<0.001),指示了藻类光合作用以及“生物碳泵”效应对碳埋藏过程的驱动作用.在流域地表物质输入强度总体下降(如磁化率信号和沉积物C:N比值的减小)的背景下,藻类生物量和内源有机碳的持续上升导致了有机质矿化过程中自生碳酸盐的转化作用明显增加(如无机碳δ13C信号的持续下降),进而促进了有机碳与无机碳埋藏通量的协同增长.上述结果表明,水体富营养化过程促进形成了有机碳和无机碳埋藏通量同步增加的长期模式,加强了异龙湖有机碳和无机碳埋藏过程的耦合作用.因此在人类活动与气候变化持续的背景下,对岩溶地区湖泊碳埋藏模式的科学评估需要关注无机碳埋藏过程及其对陆地碳汇通量的动态影响.

云南云龙天池枝角类群落演替对1950s以来人类活动影响信号的识别

从1950s开始,云南地区部分湖泊受到了水文调控(如筑坝)和鱼类引入等流域开发活动的直接影响,湖泊水环境与生态系统结构已出现明显改变.开展浮游动物群落的长期生态响应评价有助于认识气候波动和人为胁迫的影响模式.本文选取云龙天池进行了沉积物记录分析,在重建过去100年环境变化历史的基础上开展了枝角类群落的多指标分析(物种组成、个体大小、生物量等),进一步结合多变量分析识别了枝角类群落构建的关键驱动因子.结果显示,云龙天池在过去100年间经历了明显的水位波动,约1962年以前水位较低,1950s起的水文调控(筑坝)导致湖泊水位波动上升,2006年以来略有下降.枝角类群落随水位波动呈现由底栖种向浮游种占优转变的模式,并在2006年以来底栖种略有增加.总体上,低水位时期底栖枝角类占优,高水位时期浮游枝角类占优.水体营养水平也对枝角类群落产生了较为显著的影响.在沉积物总氮和有机质通量上升时,长额象鼻溞(Bosmina longirostris)相对丰度和枝角类浓度都明显上升.枝角类象鼻溞个体大小表明,1969年鱼类引入后象鼻溞的壳长、壳刺长度、触角长度显著减小,反映了鱼类捕食压力上升的影响.本研究进一步揭示了水文调控和鱼类引入对湖泊环境和生物群落结构的驱动影响.其中,1960s以前云龙天池处于自然波动的状态,湖泊环境和枝角类群落变化主要受气候(如降水、气温)的影响;1960s以来人类活动的影响强度已经掩盖了气候变化的信号,成为影响湖泊生态演化轨迹的主要因素.为了开展有效的湖泊保护与生态治理,有必要综合评估水文调控、鱼类引入等人类活动对湖泊生态健康的长期影响.

近百年来湖泊有机碳与无机碳埋藏响应流域开发的协同变化——以石林喀斯特地区为例

有机碳和无机碳的流域输出是湖泊碳埋藏的重要驱动因子,而喀斯特地区无机碳循环具有反应迅速且对人类活动影响敏感的特点.在流域开发持续增强的背景下,喀斯特地区湖泊有机碳和无机碳的来源、含量与埋藏通量可能会出现同步变化的协同模式.本文以云南省石林喀斯特地区流域土地利用类型不同的两个中型湖泊(长湖、月湖)开展对比分析,通过对沉积物钻孔的土壤侵蚀强度(磁化率)、流域外源输入(C:N比值)、水动力(粒度)、营养盐(总氮、总磷)、藻类生产力(叶绿素色素)等代用指标的分析,结合监测数据和历史资料重建了两个湖泊环境变化的近百年历史,并定量识别了有机碳和无机碳埋藏响应流域开发的变化特征与协同模式.沉积物磁化率和C:N比值结果揭示了流域地表侵蚀和外源输入的阶段性特征,同时总氮和总磷含量记录了长湖和月湖营养水平上升的长期模式.在流域森林覆被较高(33.43%)的长湖中,全岩和有机质C:N比值分别与磁化率信号呈显著正相关(r=0.95和0.89,P<0.001),且与无机碳和有机碳含量呈显著负相关(r=-0.94,P<0.001和r=-0.52,P=0.01),反映了森林植被退化时流域碳输出的减少对沉积物碳含量的影响.而在流域耕地覆被为主(60.98%)的月湖中,全岩和有机质C:N比值与磁化率信号呈显著负相关(r=-0.54,P<0.01和r=-0.67,P<0.001),且全岩C:N比值与无机碳含量(P=0.15)无显著关系,反映了耕作强度的增加可能促进了水体富营养化和内源输入的增强.在两个湖泊中,营养水平的上升和内源生产力的增加促进了有机碳含量的快速增加.进一步分析表明,近百年来长湖有机碳与无机碳含量变化的同步性明显(r=0.54,P<0.001)而在月湖中无显著关系(P=0.20,P>0.05).两个湖泊中沉积通量的变化均与全岩C:N比值呈显著正相关(r=0.48和0.45,P≤0.001),且有机碳与无机碳埋藏通量均呈现同步变化的显著特征(r=0.72和0.85,P<0.001).其中长湖的无机碳埋藏通量显著高于有机碳埋藏通量,而月湖的有机碳埋藏通量略高于无机碳埋藏通量,反映了岩溶地区流域外源输入和水体富营养化的差异性驱动影响.在流域开发增强的梯度下,森林退化会降低流域碳输出的负荷,而农业扩张和水体富营养化会促进藻类生长和内源有机碳的累积.因此,流域土地利用和水体营养水平对湖泊无机碳和有机碳埋藏变化的长期轨迹和协同模式产生了重要影响,对喀斯特地区的碳库评估需要考虑无机碳循环的重要性.