湖泊生态系统对过去1000年气候变化的响应研究-第四纪研究.PDF

第 ３３卷　第６期 第　四　纪　研　究 Ｖｏｌ．３３，　Ｎｏ．６ 　２０１３年 １１月 ＱＵＡＴＥＲＮＡＲＹ　ＳＣＩＥＮＣＥＳ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２０１３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１７４１０．２０１３．０６．１１ 文章编号　　１００１－７４１０（２０１３）０６－１１４８－１２ 湖泊生态系统对过去１０００年气候变化的响应研究 ———以鄱阳湖生态系统动力学模拟为例 于　革　廖梦娜　李永飞 （中国科学院南京地理与湖泊研究所，湖泊与环境国家重点实验室，南京　２１０００８） 摘要　　与陆地生态系统相比，水生生态系统对全球气候变暖的响应敏感而脆弱。鄱阳湖是我国最大面积的淡水 湖泊，近年来湖泊水位下降、湖床干涸频发，发生了一系列水生态灾害事件以及生态系统的退化，但气候变化对湖 泊生态灾害发生和生态系统退化的过程和机制目前还不清楚。本文基于 ＬｏｔｋａＶｏｌｔｅｒｒａ动力模型的原理和结构，首 先构建湖泊初级生产者浮游植物（藻）与高等水生植物（草）的竞争模式，其次构建初级生产者草、藻与顶级猎食者 鱼的捕食模式，最后利用气候－湖泊水量与生态因子的物质传递原理，构成气候与生态的动力方程组，设置现代和 历史不同时期的试验方案进行数值模拟研究。模拟结果表明，鄱阳湖藻、草、鱼生物群落在各自的环境容纳量、增 长率和相互依存／抑制关系下，年内和年际生物量变化构成了稳定和准循环系统（试验 ）。在湖泊水量与生态因 Ⅰ 子相互作用中，水量生态效应可保持生态系统的动态平衡（试验 ）。应用到过去 １０００年湖泊生态系统中，模拟发 Ⅱ 现在气候－水量变化的边界条件下，湖泊生物量增加和减退的速度不对称（试验 ）。水量的反馈可使增加阶段的 Ⅲ 生物量速度减缓、使衰减阶段的速度加速，从而量化了气候水量变化在生态系统中的负反馈效应。设置小冰期气 候的试验 模拟表明，在流域降水减少 １９％、湖泊面积减少 ３３％和湖泊水量减少 ７％的状况下，湖泊生态系统在 Ⅳ ６００～７００个月内振荡并衰退。当这个极端气候持续６００个月以上，水生群落系统全面崩溃。小冰期中鄱阳湖的沙 生和旱生植被替代水生和湿生植被的沉积孢粉证据验证了这个模拟，表明在极端干旱条件下，边界条件变化显著 超过了生态系统的应对能力，湖泊生态系统在长期震荡后崩溃。 主题词　　湖泊模型　生态系统响应　反馈　过去 １０００年　极端干旱　鄱阳湖 ＋ 中图分类号　　　Ｐ９４１７８，Ｐ４６１．５　　　　　文献标识码　　Ａ 如何通过湖泊生态系统动力学方法来研究湖泊生态 １　引言 系统演化和机理、从而突破时间限定、反演时空演变 湖泊生物群落演替是一个自然过程，从以浮游 并预测系统的动态变化日益成为关注的焦点［８，９］。 植物主导到高等水生植物主导的生态系统演替可经 鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊，枯水期和丰水 ［１，２］ ２ 历数十到数百年 。然而，生态系统外界的干扰 期湖泊面积变化在 １０００～３０００ｋｍ，流域面积 ４ ２ 和强迫可迅速打破自然演替过程，从湖泊的水草茂 １６２２×１０ｋｍ。近年来由于湖泊水位下降、湖床干 盛、水质清澈状态转变为藻类水华泛滥状态，