湖泊生态系统的自然演变是一个漫长渐变的过程，如湖泊营养态（贫营养-富营养）的变化，湖泊生物群落（草型-藻型）的相互演替，可经历数十到数百年的时间。最近一个世纪，气候变暖和持续加强的人类活动加速了湖泊生态系统的重大变化，湖泊生态系统变化也由受自然因素主导逐渐转变为更加敏感地响应于人类活动的干扰。鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊，地处长江中下游经济发达区，该区域绝大多数湖泊已经富营养化，鄱阳湖也正处于富营养化中。近年来鄱阳湖水位持续下降、湖床干涸频发，水质恶化，发生了一系列水生态灾害事件。然而，由于缺乏对长期过程的监测，人类活动干扰前这些湖泊生态系统的自然演变过程、目前所处状态以及未来发展趋势如何并不清楚，而了解这些信息对湖泊治理和修复方案的目标制定具有重要的科学参考价值。目前国内外关于鄱阳湖的研究大多局限在季节、年际等短尺度上，即使年际尺度的研究也不超过数十年;此外，依赖于湖泊沉积物微体化石信息的长尺度研究，受制于研究材料的获取难度及精度的影响，难以推广到大量湖泊中，制约了对湖泊生态系统演化过程和机制的认识。　　当前湖泊生态系统是湖泊环境长期变化的综合反映。在年际（100年）、年代际（101年）到百年际（102年）时间尺度上，既受到气候变化的影响，又叠加了人类活动强度在百到十年间的强烈作用。此外，生态系统的自我调节和对环境变化的适应功能也处于不断的变化之中，这使得湖泊生态系统变化的机理更为复杂，难以分辨和认识。因此，对现代湖泊生态系统变化的解释都必须建立在观察和理解生态系统长期变化的基础上，以充分认识自然-气候变化对湖泊生态系统的强迫效应，生态系统的弹性变化和反馈机制，以及湖泊生态系统在气候-人为环境综合作用下长期演化过程和模式的变化等。这要求我们从观测尺度100～102年延伸到历史、地质时间尺度(＞102)年，认识湖泊生物生态系统的长期变化特征，阐明湖泊生态系统变化长期过程及其对气候-人为环境变化的响应机制，而采用生态学动力模型能够突破时间限定对难以重现的过程进行动力学机制的模拟和预测，可以满足这个要求。本文以鄱阳湖为典型研究区域，在捕捉生态系统的演化特征的基础上，采用生态系统动力学方法对鄱阳湖进行模拟研究，并在长江中下游区域太湖等7个湖泊进行推广应用，拟进一步为区域生态系统的模拟预测服务。　　本文采用数值模拟与地质数据相结合的方法。一方面基于古湖沼学方法，采用鄱阳湖WC2钻孔及该湖已有钻孔集成，进行基于沉积学、地球化学和年代学的生物量和营养盐代用指标的生态系统长期变化历史重建;另一方面采用了基于水文和生态动力学方法构建的湖泊生态动力模式模拟了鄱阳湖主要生物群落和营养盐的长期变化序列。气候和水文因子构成湖泊生态动力模式的强迫场。以ECHAM5全球气候模式在IPCC-CMIP5框架下对过去1000～1950AD的气候模拟结果，降尺度到鄱阳湖流域获得该区域降水和温度的长期变化序列。以气候模式驱动鄱阳湖分布式水文模型(WATLAC)获得的同期径流量为水文边界条件。经过控制试验(1955～2008AD)和率定，模拟了过去千年(1000～1950AD)鄱阳湖生态系统（营养盐、主要生物群落生物量）变化。提取了本研究在鄱阳湖南湖滩(115°59′46″E，29°11′53″N，13.2m a.s.l.)获取的WC2沉积钻孔记录的鄱阳湖过去1000年以来生态环境变化指标序列，尤其是反映生态系统变化（营养盐、生物量）的代用指标，并结合鄱阳湖已有4个钻孔历史时期生物量和营养盐变化的相关指标研究，对数值模拟的结果进行了验证和对比研究。　　湖泊生态动力模式是根据Lotka-Volterra模型原理构建的多联动力方程，包括了初级生产者（高等水生植物群落和浮游植物群落，以下简称草群落和藻群落）和顶级掠食者（以下简称鱼群落）的生物量以及湖泊水量与湖泊营养盐5个基本输出变量。通过设置5套模拟试验方案，以获得鄱阳湖生态系统变化对各自然-气候驱动因子的响应:分别为控制试验(EXP1-1和EXP1-2)和在控制试验基础上的历史模拟(EXP2、EXP3-1、EXP3-2)。试验EXP1-1为鄱阳湖生态系统参数拟合试验，采用微分方程组对湖泊生态系统中藻草鱼生物量动态变化进行模拟，以认识生态系统内部的生物量变化过程和特征;试验EXP1-2为控制试验，采用鄱阳湖1955～2008AD逐月平均水位为边界条件，模拟在水量驱动下生态系统内部各群落生物量的变化，以测试气候-水文因子对生物量变化的反馈作用;在控制试验EXP1-2的基础上，试验EXP2通过设置过去1000年的气候条件，模拟长期气候-湖泊水量边界条件下过去1000藻草鱼生物量的变化过程及特征;试验EXP3-1采用营养盐对气候-水文的响应模式，模拟了自然背景下鄱阳湖营养盐的历史变化（外源模式）;在试验EXP3-1的基础上叠加水量对生物量的作用和反馈模型，构成试验EXP3-2即气候-水文驱动下湖泊营养盐与生物量的作用和反馈模式，模拟了过去1000年鄱阳湖营养盐的历史变化（内源模式），比较两个试验的模拟结果以测试湖泊营养盐变化对气候-水文变化及对生态系统自身反馈作用的响应机制，并将此两种模式推广应用到长江中下游太湖等7个湖泊1640～1840AD时期营养盐变化模拟，以获得典型区域湖泊生态系统对自然-气候变化响应的共性认识。　　鄱阳湖区历史时期人类活动开展较早，对湖泊生态系统变化具有极为重要的影响。在对大量历史文献资料进行收集和同化的基础上，采用定性与定量分析相结合的方法阐述了过去1000年以来鄱阳湖生态系统变化对人类活动（鄱阳湖区人口数量、土地利用、围垦面积变化以及洪水事件等）的响应特征。　　研究结果表明:　　(1)过去1000年在自然背景下，降水变化对湖泊生态系统（主要初级生产者生物量和营养盐）变化具有主导作用，入湖流量的变化对湖泊生态系统也具有显著影响，但具有3-5年的滞后效应。气候因素是鄱阳湖湖泊营养盐历史变化的主控因子，同时湖泊生物群落的反馈作用对湖泊营养盐历史变化也具有重要影响，且在典型同步响应期(1780～1800AD)来自于湖泊生物群落的反馈作用对营养盐变化的贡献占23％～27％,在典型异步响应期(1700～1720AD)占50％～53％。　　(2)过去1000年，鄱阳湖草藻生物量的优势转化对降水和流量的变化响应显著，温度对草藻生物量转换的影响弱。藻生物量占优势时期，降水和流量高于藻草生物量平衡时期的13.78％和13.05％，草生物量占优势阶段，降水和流量低于平衡时期的8.97％，17.05％;藻占优势时期生物量变化对降水的响应要明显弱于草占优势时期生物量的响应，但对流量变化的响应更显著。　　(3)过去1000年人口增加是影响鄱阳湖生态系统的主要人为影响因素，对草藻生物量的影响较对营养盐的影响更为显著。对现有不连续的历史耕地面积资料统计分析显示，流域农田面积变化在十到百年尺度上对鄱阳湖生态系统的影响不显著。　　(4)过去1000年鄱阳湖洪水发生频率不断升高是人与自然共同作用的产物，十年尺度上洪水发生频率与鄱阳湖生态系统的变化显著正相关。该现象可以解释为由于洪水的高水位提供更高的环境容量，且带入的颗粒物质为草、藻生长提供了丰富的营养盐，促进了生物量年际尺度上的增加。　　(5)沉积钻孔中总有机碳指标序列指示了气候-人类活动综合作用背景下湖泊生物量的变化，与模拟的自然-气候变化下湖泊生物量的变化序列进行对比，获得了气候变化和人类活动对生物量变化的影响分量。选取1440～1730AD和1850～1950AD作为典型时期进行地质数据与模拟数据对比分析，两个时期降水较过去1000年平均值的变化分别为-2.9％和+5.9％，草藻生物量较平均值的变化为+4.7％和+0.2％。研究结果显示，工业革命以前气候变化对草藻生物量变化的贡献占70.1％-81.5％;随着工业革命的兴起，人类活动对生态系统变化的影响加速，气候变化对草藻生物量变化的贡献下降为39.3％-48.0％。　　(6)采用鄱阳湖长期生态系统变化模拟试验EXP3-1（湖泊营养盐赋存对气候-水文响应模式）和试验EXP3-2（湖泊营养盐与主要生物群落生物量关系模式）模拟了1640～1840AD长江中下游太湖等多个湖泊历史营养盐变化，研究表明在温度和降水因子的驱动下，湖泊营养盐历史变化主要受降水控制，在极端干旱时期60％的营养盐变化同步响应于降水变化。同时，面积在400km2以下的湖泊营养盐对气候变化的响应比2000km2以上大湖更为敏感。模拟的湖泊营养盐变化与沉积钻孔揭示的历史营养盐对比表明，沉积记录与模式模拟的太湖等多个湖泊的营养盐变化均显著相关。两个试验模拟的营养盐变化序列对比研究表明，气候因素是湖泊营养盐历史演变的主控因子，来自于湖泊生物群落的反馈作用贡献约占39％-42％。　　基于本文研究，拟进一步优化模型设计，将人类活动的营养盐排放作为外强迫，构建气候-人为影响因子共同驱动下的湖泊生态系统变化模型，通过敏感性分析进行诊断，实现在不同强度的外强迫下生态系统变化的多情景预测模拟。