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长江中下游地区水热条件好,自然资源丰富,众多浅水湖泊长期以来为该流域人口提供生活和生产资料。在过去百年内,该区湖泊普遍受到强烈的人类活动干扰,导致水质变差,富营养化引起的生态问题频发,湖泊生态系统服务受到威胁,例如太湖和巢湖。而实践证明,将湖泊生态系统恢复到原来状态需要耗费大量时间、人力和物力。对长江中下游湖泊生态系统动态变化过程的研究可以增加对自然生态系统弹性和抵抗力的了解,有助于进一步分析人类活动对生态系统突变的影响,并为当前全球变暖和营养富集背景下浅水湖泊生态系统的管理提供参考。 针对长江中下游浅水湖泊生态系统状态在百年尺度上如何转变、系统结构和弹性如何变化等科学问题,我们选择了长江中游一个营养演化历史清楚且具有代表性的小型湖泊——太白湖为案例,深入研究近百年来其生态系统的转变过程。太白湖位于湖北省黄冈市东南部,是一个过水型小型富营养化浅水湖泊。本研究借助古湖沼学手段,通过太白湖沉积钻孔210pb、137Cs定年,利用硅藻、粒度、元素地球化学等多指标提供的长时间序列记录,分析太白湖生态系统的突变机制。整合零散的区域资料和监测数据,重建近百年来受不同人类活动影响的生态系统转变过程。 根据2006年获取的太白湖沉积钻孔记录中1850年以来硅藻群落PCA一轴得分变化判断生态状态变化。利用sequential t-test检测得到分别位于1927、1947、1958和2001年附近的生态系统状态变化可能的时间节点。F统计值检验显示结构变化的拐点出现在1956年附近,与t-test检测方法中突变显著指数RSI最大值对应的1958年突变点相符合,因此确认了太白湖生态系统在1960年附近发生了显著状态突变过程。根据长江中下游人类活动历史、沉积物粒度、沉积物磷和TOC指标变化,区分水文条件改变和湖泊营养富集对湖泊生态系统的影响,进一步得出1960年附近建闸筑坝引起了水文条件的巨大改变从而导致了生态系统突变的初步结论。1960s年后,由于流域营养输入的加强和渔业养殖模式的转变,人类活动主导的湖泊富营养化过程逐渐影响生态系统结构,造成生态系统复杂度降低,生态系统弹性损失。综合沉积钻孔中古生态指标序列反映的所有生态系统突变,描绘了太白湖生态系统功能组群间相互关系在不同时间段的相互作用变化过程,分为四个阶段:1900-1958、1958-1978、1978-1995、1995-2006年,结合外部驱动力变化探讨了不同时间段内生态系统反馈机制的转变以及对系统状态的影响。 为了获得近年来富营养化过程的高分辨率沉积记录,2014年9月又在太白湖北部湖心位置提取了新的钻孔。计算硅藻群落的β多样性和自相关性(autocorrelation at lag-1)作为表征指标,进一步分析其生态系统内部结构和弹性变化过程。β多样性变化趋势与太白湖水草增加和减少的过程相对应,在1960s后水动力减弱,营养增加,导致水草增加的过程中,β多样性增加;在1990s后水产养殖导致的水草减少至灭绝的过程中,β多样性减少。1990s后自相关性ar(1)下降,系统恢复所需时间变长,与太白湖生态系统结构单一化对应,证实了生态系统复杂性下降会导致系统弹性损失。根据分析结果,在长江中下游湖泊开发过程中,应该注重湖泊生态系统弹性的保持和各种生态系统服务的统筹管理。