湖泊生态系统对全球变化响应—现状、科学问题与研究思路

研究现状
湖泊生态系统对全球变化的响应 研究是 PAGES、 IHDP、WFD、HD、RAMSAR、MA等国际组织和研究计划 关注的热点。气候变化-人类活动-湖泊生态系统相互 作用是研究的核心。
气候变化
人类 活动
湖泊 生态系统
揭示湖泊生态系统长期演化特征与气候变化的关系，是 评估未来气候变化影响、并制定相关保护策略的关键。
揭示气候、环境和生物之间的关系 （2003年开始的丹麦长期人工池实验）
难以表达自然生态系统的复杂性
湖沼沉积可以提供更长生态系统演化的记录
水生生态系统模拟研究
概念模型
（静态模型）
过程模型
（动态模型）
综合模型
（耦合人类活动、自然过程等）
• PAMOLARE水质-生态模型(联合国环境规划署 )
• AQUATOX流域生态模型（美国环保署）
二、科学问题与研究思路
关键科学问题
1.如何表征不同区域湖泊生态
系统特征？指标系列
主要研究思路
1.不同区域湖泊生态系统特征及 关键控制因子
2.如何获取湖泊生态系统长期
演化的过程？过程获取
3.如何定量识别气候变化和人
类活动对湖泊生态系统演化的驱 动？机制分析
2.典型湖泊生态系统的历史演化 过程，灾变的阈值与早期信号
博斯腾湖咸化
2003年 艾比湖
湖泊干涸湖底成为沙尘暴源区
201050年0.年38内g/水L上位升下为降1了.936.g3/mL，，湖从水淡矿水化湖度变由为 艾比微湖咸水湖
艾比湖1958年面积1100km2，现在面积不足 500km2，缩小了一半以上
新闻报道
“……....湖泊的持续萎缩导致周边绿 洲土地沙化严重，干涸的湖底沉积物直接 成为沙尘暴的物源，对周边区域生态环境 产生灾难性的影响。艾比湖面积从1100km2 （1958年）下降至不足500km2 （近年来） ，环湖地区流动沙地面积增加了1000多km2 ，流沙掩埋了大片农田和村庄”。
1986年土地利用
水田 水体 旱田 居民工矿用地 林地 未利用地 草地 沼泽湿地
近50年来，三江平原湿地面积减少达80%， 环境由湿生向旱生转化
不同区域湖泊（湿地）生态系统对全球变化的响 应存在明显差异
气候变化和人类活动叠加共同影响湖泊（湿地） 生态系统
因此，评估气候变化对湖泊生态系统的影响， 并制定保护与恢复对策具有迫切的国家需求
东部地区浅水湖泊和湿地发育， 人类活动干扰强烈，普遍出现水 质恶化、生物多样性丧失，导致 生态系统服务功能严重退化。
Baidu Nhomakorabea太湖蓝藻水华持续时间延长
(Duan et al., 2009)
2011年洞庭湖
蓄洪能力下降
宋代以来洞庭湖洪灾频率不断增加
次/年
1/1
2/5
1/2
1/6
1/4
宋
明清 30-40年代 80年代 90年代
湖泊生态系统对全球变化的响应
——现状、科学问题与研究思路
报告提 纲
一、现 状 二、科学问题 三、研究思路
一、现 状
全球变化正深刻地改变着地表过程及陆地生态环境
PAGES
最新一轮湖泊调查表明：以增温为主要特征的全球变化对我国 不同区域湖泊（湿地）生态系统影响强烈，各区域特色鲜明
在增温背景下，我国西北地区 内陆封闭湖泊总体呈消亡态势。 新疆地区最近50年来因干旱原 因 消 失 的 1km2 以 上 的 湖 泊 就 达 62个（罗布泊、居延海）。
我国内陆湿地主要分布在东北、长江中 下游和江河源区。 最近几十年来，气候 变暖导致地表水文过程发生变化，造成 湿地面积锐减，仅三江平原湿地面积减 少就达80%，盐碱地规模不断扩大；黄河 源若尔盖湿地面积的急剧减少，加速了 草地退化和沙化过程。
1954年土地利用
耕地 居民工矿用地 林地 未利用地 草地 沼泽湿地 水体
• CAEDYM水生生态模型（西澳大学水研究中心） • 非点源污染负荷SWAT模型（美国农业部 ） • 欧洲水文系统模型SHE模型（美国农业部 ） • 太湖流域的ECOTAIHU生态模型(中国) ……
如何设置和扩展模 拟边界场，提高模 型对长时间尺度的 模拟能力
局限：目前的模型主要基于短期观测资料， 模拟的变幅与变率偏小
理论研究
关于湖泊生态系统长期演化，以Scheffer等研究 为代表，总结了湖泊生态系统演化的3种模式： 渐变、突变、多稳态，但这些模式目前尚停留在 理论和假说阶段，有待通过不同地区湖泊生态系 统长期演化的研究加以证实与完善
（a）近似线性的渐变模式
（b）临界状态灾变模式
（c）多稳态灾变模式
胁迫因子
模拟生态系统的长期演化
综合国际研究态势，并针对当前我国湖泊生 态系统面临的问题，我们提出古今湖沼学相 结合的全新研究思路：
以我国不同区域湖泊生态系统的演化为研 究对象，认识生态系统演变过程中突变或灾 变的环境阈值与早期信号；揭示气候变化和 人类活动对湖泊生态系统的驱动机制；提出 不同区域应对气候变化的湖泊生态系统恢复 对策。为此，聚集以下三个科学问题：
3.气候变化和人类活动对湖泊生 态系统演化的驱动机制
目的：寻求不同区域应对气候变 化的湖泊生态系统恢复对策
滇池 泸沽湖
云南土著鱼种类急剧下降
湖泊调查结果
• 据2008年度湖泊生物调查，在云南地区湖 泊内，外来种（银鱼、水葫芦）入侵现象 严重，且增温使得这种入侵变得更加容易 ；增温导致湖泊内生物种类的小型化（如 鱼类等），但藻类和微生物等异常增殖； 土著鱼类数量从二十世纪90年代以前的94 种减少到现在的14种。
（Scheffer et al, 2001;2009)
长期生态系统观测与控制试验
湖泊生态系统定点监测 湖泊生态系统观测网络 生态系统模拟控制试验
北美五大湖、贝加尔湖（最早不超过100年） 我国湖泊水质生态监测小于50年（东湖、太湖）
“全球湖泊生态观测网络GLEON”（美国） 湖泊生态系统野外观测站（中科院）
另一方面，增温导致青藏高原冰 川的快速消融，许多受冰川补给 的湖泊近年来湖面呈快速扩张态 势，湖泊水位的持续上涨，淹没 湖周牧场，引起牧民恐慌。
纳木错
百分比(%)
90 冰融水占总补给量百分比
1971-1991 1992-2004
60
冰融水占两时段总
补给量增量百分比
30
0
冰川融水
云贵高原是我国深水湖泊的集中 分布区，近年来在气候变化和人 类活动干扰下，生态系统急剧退 化，生物多样性下降。