浴仙湖沉积物记录的云南极端干旱事件与生态响应评价

为评价湖库生态环境对极端气候的响应特征, 以经历水位明显降低的云南浴仙湖为研究对象, 通过沉积物多指标分析并结合多变量统计方法, 识别了2009—2013年极端干旱事件驱动湖泊生态环境变化的模式。其中沉积物粒度显示近百年来湖泊水文条件总体稳定, 但在2011年左右粗颗粒物质和中值粒径增大, 同期沉积物元素、同位素记录表明水体营养水平没有明显变化。硅藻群落近百年来以湖泊底栖物种占绝对优势, 约2011年开始优势种属Fragilaria被Nitzschia、Navicula等河流水体中常见的物种所替代, 且硅藻多样性指标总体增加, 而指示水位变化的PCA主轴一解释了硅藻群落结构的主要变化(约55.8%)。总之, 极端干旱事件的发生与持续明显改变了湖泊生物群落结构与多样性特征, 已成为影响该气候敏感区水资源安全与生态环境功能的重要挑战之一。     

云南程海湖泊系统响应富营养化与水文调控的长期模式

流域开发和气候变化背景下,逐渐增强的人类活动已经显著影响湖泊系统演替及功能。本研究以云南程海为研究对象,通过对程海湖泊沉积物记录与现代调查数据相结合,重建了程海近250年来的生态环境变化过程,探讨了程海湖泊系统在富营养化以及水文波动等多重环境压力影响下的长期响应模式。结果表明: 1970年之前程海营养水平整体偏低,1970—2000年间缓慢增长,2000年后快速增加,初级生产力呈长期上升趋势。1993—2000年期间,引水工程显著增加了湖泊水动力强度和物种扩散能力,促进了直链藻和菱形藻的增加。程海沉积物记录的碳循环变化主要受内源输入的长期影响。富营养化是硅藻群落长期演替的主要驱动因子,其次是湖泊水动力条件的波动。对程海的生态修复与流域管理不仅需要关注水体营养盐的富集与流域污染物的控制,同时还要考虑到湖泊水文调控和水位波动的影响。     

星云湖硅藻群落响应近现代人类活动与气候变化的过程

随着人类活动的增强与全球气候变暖的持续,近年来云南湖泊的生态系统功能持续退化,而目前对云南湖泊生态系统的研究还主要集中于单一环境压力的生态效应。以星云湖为研究对象,通过沉积物记录与现代监测资料,识别在湖泊富营养化、气候变化以及人类强烈干扰下硅藻群落结构响应的过程,并甄别驱动群落变化的主要环境压力及其强度。结果显示随着湖泊生产力水平(如沉积物叶绿素a浓度)的增加,硅藻物种组成发生了明显的变化,主成分分析表明了水体富营养化是驱动群落变化的主要环境因子(r=-0.63,P0.001)。简约模型与方差分解的结果表明近200年来(钻孔长度38cm),湖泊营养水平和水动力是驱动星云湖硅藻群落变化的主要环境因子,分别解释了群落变化的18.8%和2.9%;而1951年以后,湖泊营养水平和温度分别解释了硅藻群落结构变化的31.4%和26.8%。研究结果表明了硅藻群落长期变化的主控因子是湖泊营养水平,而人类活动及气候变化等可以通过改变湖泊水动力及湖水温度来驱动硅藻群落的演替,同时抚仙湖-星云湖的连通性也对硅藻群落的演替产生了一定影响。     

浅水湖泊表层沉积物记录的枝角类群落空间分布特征

浅水湖泊污染负荷能力较低,对环境变化敏感,过度开发会导致生态功能明显退化甚至发生稳态转变.本研究通过提取云南18个浅水湖泊的表层沉积物枝角类信息,识别枝角类群落的空间分布特征并甄别其群落构建的环境驱动因子.结果表明:表层沉积物枝角类群落的地理分布存在显著的空间差异,滇西北的枝角类群落以底栖物种占绝对优势,而随着营养水平的增加,滇东南湖泊枝角类优势物种由底栖型向浮游型转变.统计分析表明,海拔和水体总磷水平是驱动群落分布空间差异的关键环境因子,分别独立解释了枝角类群落变化的22.0%和7.7%,反映了海拔梯度及其指示的气候环境过程是控制枝角类群落空间分布的重要因子.同时枝角类群落随营养水平的变化出现差异性的结构特征,可能指示了流域开发、污染物输入、水生植被变化等人类活动扰动的综合影响.同时,海拔和总磷水平表现出显著的相互作用并解释了枝角类群落变化的26.3%,指示了云南地区的人类活动强度随着海拔梯度呈现显著的空间差异,并通过营养盐输入等过程调控了枝角类群落的结构特征.     

水文气候波动下云南太平水库硅藻群落演替的长期特征

在区域气候变暖的背景下,干旱事件引起的水位频繁波动以及流域开发导致的污染物输入均可以直接威胁水库的生态安全。本研究以云南省太平水库为对象,通过对沉积物的物理(粒度、烧失量)、化学(碳、氮元素)、生物(硅藻群落)等代用指标的分析,并结合监测数据和调查资料,重建了该水库1937—2018年的生态环境变化过程,并识别了硅藻群落的演替特征及其环境影响因子。粒度结果指示,太平水库在筑坝期间(1956—1984年)水动力逐渐增强,而后水动力条件持续减弱,与文献记录的水文调控历史基本一致。总氮、总碳和有机质含量较为一致地记录了水库建设期间水体营养水平的下降、水库建成后初级生产力和内源有机质的上升过程。硅藻群落呈现出“浮游种-底栖种-浮游种”交替占优的演化模式。驱动太平水库硅藻群落演替的主要环境因子为气候变化、水动力条件和营养水平。在气候长期变暖的背景下,严格控制外源营养输入并合理开展水文调控是维持水库水体生态健康和环境安全的重要前提。     

大理西湖流域开发历史与硅藻群落变化的模式识别

有关云南湖泊的研究长期集中于高原九大湖泊和水体富营养化评价,缺少对中小型水体及多重环境压力胁迫的综合研究.本文以大理西湖为例,结合沉积物记录与现代监测资料,甄别了气候变化和人类活动干扰下硅藻群落结构的长期响应模式及其驱动强度.结果表明: 20世纪50年代以前,大理西湖总体处于自然演化阶段;1950年代开始,围湖造田和流域改造的增强导致了水体营养水平增加、水动力条件改变,硅藻优势种由扁圆卵型藻替代为脆杆藻属;而1997年以来营养水平的快速增加和湖泊水动力的改变,促进了浮游藻类大量生长、底栖硅藻持续减少,同时水生植物快速退化、生态系统稳定性明显降低.因此,在长期流域开发的背景下,对云南中小型高山湖泊的有效保护需要评价流域开发类型、强度及全球变暖的长期影响.     

长期砷胁迫下大屯海浮游植物群落的季节性特征及其驱动因子

重金属是影响湖泊水质和生态健康的重要胁迫因子,系统识别生物对长期污染胁迫的响应模式是开展污染湖泊生态修复的重要基础。本研究以经历持续砷污染的大屯海为研究对象,于2017年6月—2018年3月对水体浮游植物和环境因子开展季节性调查。结果显示: 大屯海的浮游植物群落主要由蓝藻门组成,与已有研究反映的长期砷胁迫下浮游植物组成以蓝藻门等耐受属种为主的特征一致。相似性和方差分析结果表明,浮游植物群落结构和生物量存在显著的时间差异而空间差异不显著。Pearson相关分析表明,浮游植物总生物量与溶解性正磷酸盐和砷呈显著正相关,与砷对藻类生长产生的低促高抑效应一致,同时磷酸盐的增加可能降低了砷对藻类的毒性效应。冗余分析显示,溶解性营养盐和砷是影响浮游植物群落变化的显著因子。方差分解结果表明,营养盐和水温分别单独解释了群落结构变化的17.6%和3.8%,且与砷产生了较强的相互作用(15.1%);而砷对浮游植物的群落构建无显著的独立作用,反映了现有优势藻类具有对砷较强的耐受性从而对砷浓度的变化不敏感。因此,大屯海的优势浮游植物以耐砷藻类为主,砷对藻类产生的低促效应是污染湖泊修复中需要重点关注的生态效应之一。     

基于硅藻功能群特征揭示海西海近现代生态环境变化

依据硅藻的形态、生理与生态特点而定义的功能群分类,可以更好地描述对湖泊环境胁迫的响应特征.本研究识别了海西海表层沉积物硅藻群的空间分布模式,并通过多指标分析探讨其与环境因子的关系.结果表明: 主成分分析和冗余分析,水深和沉积物总氮含量是硅藻功能群空间分布异质性的主要驱动因子;水深8 m左右可能是海西海硅藻出现功能群分异的阈值,与热力分层深度等湖泊水文特征相对应.上述表层沉积物硅藻功能群空间分布结果为沉积物化石记录的解释提供了依据.沉积物钻孔分析显示,近百年来海西海硅藻功能群呈现明显的阶段性波动,与年均气温、沉积物总氮含量、中值粒径等指标变化相对应.气候变暖、富营养化和水位上升是驱动海西海硅藻功能群长期变化的主要环境因子,协同促进了功能群D、P、MP占优势.硅藻功能群多样性变化的长期特征表明气候变暖和营养盐富集促进了硅藻功能群多样性的增加,而海西海1957年筑坝和1990年水库扩容两次典型水文调控显著增加了湖泊水深,导致硅藻功能群多样性降低.     

多重环境压力下大屯海硅藻群落结构的长期变化

云南亚热带高原湖泊在过去几十年内面临着工业污染、富营养化、滩地围垦、极端干旱等多重环境压力的影响.本研究以大屯海为研究对象,结合沉积物硅藻、粒度、碳氮同位素以及年代序列等数据进行了多指标分析,重建并识别了大屯海近百年来生态环境变化的历史和硅藻群落变化的特征.结果表明： 近百年来硅藻群落组合出现了较大的转变,优势种由连接脆杆藻转变为极细微曲壳藻.结合多指标环境记录(如碳氮同位素)和现代监测记录,采用排序分析以及方差分解发现,工业污染和湖泊营养盐富集是大屯海硅藻群落结构长期变化的主要驱动因子.此外,沉积物粒度分析结果与气象数据显示,由于大屯海受到修建大坝以及多次干旱事件的影响,湖泊水动力与水体交换能力减弱,从而使沉积物硅藻群落结构也发生了相应的变化.     

抚仙湖和滇池硅藻生物多样性与生产力关系的时间格局

目前国内对生产力–生物多样性关系(productivity–diversity relationship,PDR)的研究主要集中于陆地生态系统和空间尺度,少量关于湖泊系统的研究也主要集中于现代调查,缺乏较长时间尺度上的模式探讨。本文应用沉积物色素记录重建了抚仙湖和滇池初级生产力变化历史,对硅藻群落的主成分分析(PCA)表明两个湖泊的初级生产力都是驱动硅藻群落变化的主要环境梯度。进一步分析硅藻群落α与β多样性响应湖泊生产力水平的模式,发现滇池硅藻群落表现为随着系统生产力的上升物种丰富度减少,β多样性降低,而抚仙湖呈现相反的变化模式。两个湖泊β多样性与生产力平均水平的关系均表现出与α多样性相似的特征,但在与生产力变化幅度的关系上,滇池表现出显著的负相关,而抚仙湖则没有显著的变化。滇池硅藻群落生产力随硅藻多样性的降低显著增加(R2=0.597,P0.01),而在抚仙湖无显著变化,表明了滇池群落多样性的维持对群落生产力的影响较弱,如与营养盐富集的促进作用相比。滇池明显的富营养化过程与强烈的人类扰动带来的环境异质性降低可能对群落多样性–生产力的关系产生了明显的控制作用。