中国湖泊生态系统突变时空差异

人类活动的加强导致湖泊生态系统发生"突变",造成生物多样性下降、藻类暴发、水质恶化等等环境和生态问题.中国许多湖泊已经发生"突变"或面临着突变风险.获悉湖泊生态系统发生突变的时空差异对于区域湖泊的保护,预防湖泊突变的发生以及制定合适的修复策略至关重要.本研究收集了中国55个不同区域湖泊的古湖沼学数据,探讨了湖泊突变的区域特点.研究确定了湖泊生态系统发生突变时间和区域差异,并揭示了空间差异的原因.结果表明,中国湖泊生态系统突变时间的区域分异特征为:长江中下游湖泊最早出现突变;东部和东北湖区湖泊突变时间明显早于西南、内蒙古和新疆湖泊;各湖区内,城郊湖泊突变时间早于乡村湖泊.人类活动强度是造成湖泊突变时空差异的主要驱动力.研究认为,区域人类活动强度影响了湖泊生态系统的演化进程,造成了中国湖泊生态系统突变的区域差异.本研究从生态系统突变的角度,利用古湖沼学综述了中国湖泊生态系统在人类活动下的演化进程,更深刻地认识了中国湖泊现状,为湖泊保护提供了有力的科学依据.     

逸度模型在湖泊流域农药多介质归趋研究中的应用与展望

农药的施用在促进农业经济发展的同时,也带来了诸多环境问题.农药由农业活动排放进入到环境后会通过不同的途径在各介质之间进行迁移和转化,最后由径流作用汇聚于湖泊中,破坏生态环境,影响人类健康.因此,研究湖泊流域生态系统中农药的多介质归趋具有重要意义.使用基于逸度的多介质模型模拟农药在环境中的行为是一个十分有效的方法.逸度模型利用"逸度"的概念描述污染物在各个环境介质之间的迁移和转化过程趋势,其结果建立在化学物质自身物化性质和环境系统性质之上,不仅适用于预测农药在环境各介质中的残留水平,还可以揭示区域内污染的空间分布特征,是湖泊流域生态系统管理中一个重要的工具.本文综述了逸度模型的理论基础,对近年来国内外逸度模型的发展现状、相关环境模型及其在农药归趋研究和湖泊流域生态系统管理中的运用进行了总结,并展望了逸度模型在农药多介质研究中的应用前景,以期对我国农药的管理、合理施用方面提供科学与技术支持.     

氧循环与宜居地球

氧是影响地球宜居性的重要因素,其与复杂生命体的形成和演化有着千丝万缕的联系.研究全球氧循环有助于我们了解地球系统的演化过程,剖析地质历史时期地球宜居性的形成,从而帮助我们预估地球系统的未来变化.近几十年来,氧循环的研究在地质学、地球化学、地球生物学、海洋科学和大气科学等领域取得了重大进展,这丰富了我们对地球系统的认识.然而,这一系列的研究工作都是在各自领域独自开展的,由此导致我们对氧循环这一关键科学问题的理解较为片面,对地球科学各个圈层之间的相互作用缺乏完整的认识.本文提出了地球系统五大圈层相互耦合的理论框架,阐明了氧循环在地球系统科学中起到的纽带作用,全面总结了多时间尺度上氧循环的研究,特别关注了大氧化事件、大灭绝事件以及大气氧含量和物种进化之间的潜在联系.深入理解地质历史时期氧循环与生物多样性之间可能的联系,对探索地球宜居性的历史演化和未来具有深远的意义.自从进入人类世以来,地球系统在人类活动的强迫下已逐渐偏离其既定轨迹,氧循环也因此产生了强烈的响应.我们认为如果不及早干预,人类活动对氧循环的干扰可能会大大降低地球的宜居性.     

枝角类亚化石揭示的湖北太白湖过去百余年环境演变

近百年来长江中下游地区的浅水湖泊经历了气候变化及日益增强的人类扰动,造成了普遍的湖泊富营养化、水动力条件和水生生态系统的状态转变,水体的生态服务功能明显退化.枝角类作为一种重要的水生生物,敏感地响应于湖泊及其流域的环境变化,但目前对亚热带湖泊中的枝角类亚化石的环境指示意义,与其它古生态指标如硅藻、摇蚊等对环境变化的响应差异尚未明确.因此,本文以浅水湖泊太白湖为研究对象,结合流域历史资料和监测数据,基于沉积岩芯中枝角类群落过去百年来的期演化序列,重建了近百年来太白湖的历史环境演变过程及机制.对比硅藻及摇蚊的群落演化特征,探讨了多门类古生态指标对环境变化的响应差异.本文重点讨论了枝角类对湖泊鱼类产量指示意义及利用枝角类亚化石来重建历史环境的应用前景及不足.     

蒸发和环流因素对湖泊演化的影响——河西走廊猪野泽不同位置全新世沉积物古环境意义探讨

湖泊不同位置沉积物重建的古环境变化过程往往具有差异,而这种差异可能揭示了不同的古环境信息.本文以河西走廊石羊河流域终端湖泊猪野泽为例,探讨湖泊不同位置沉积物所代表的古环境意义.位于湖盆边缘的三角城剖面可能反映了石羊河上游地区的降水及其古径流量的变化,这种变化在千年尺度上对应了北大西洋Bond事件,显示该区域通过季风环流系统与全球气候系统的联系.位于湖泊中部的QTH01、QTH02、QTL-03剖面反映了湖泊演化的信息,显示中全新世期间(约7.0-约3.5 cal ka BP)湖泊水位较高的特征,但是这种特征并不能和该流域的古径流相联系,说明该区域湖泊演化除了受千年尺度大气环流特征的影响外,湖泊表面蒸发可能也起了重要作用.该研究为中亚地区普遍存在的中全新世高湖面问题提供了研究思路.     

青藏高原达则错近1000年来生态系统变化及可能机制

在全球变化的背景下,厘清湖泊生态系统对气候环境以及人类活动的响应机制对制定社会的适应政策非常重要.目前的研究手段如现场观测和围隔实验等可以很好地揭示湖泊生态系统在有观测记录以来的演替和变化过程,但是不能提供历史时期湖泊生态系统的变化及其对气候环境变化和人类活动的响应.古湖沼学可以为探讨湖泊生态系统的长期变化及其对气候环境变化的响应提供重要信息.本文以青藏高原中部无鱼湖泊达则错为研究对象,利用沉积物岩芯西藏拟溞（Daphnia tibetana）残体丰度和总烯酮含量重建该区过去1000年的浮游生物记录;利用总氮、总磷以及总有机碳含量重建过去1000年湖泊营养盐以及有机质变化记录;结合烯酮不饱和度重建的古温度记录,探讨达则错过去1000年生态系统变化及其对气候环境演变的响应机制.研究发现达则错湖泊生态系统尤其是生产力在自然状况和人类活动影响下存在显著变化.在自然状况下,较高的湖泊初级和次级生产力发生在温度较低和湖水营养盐浓度较高时;而在过去150年,达则错湖泊环境受到人类活动影响显著,湖泊生产力发生相应变化,较高的湖泊生产力发生在温度较高时期,其主要受由人类活动带来的营养盐元素浓度控制.研究结果表明达则错湖泊生态系统在人类活动影响下发生了显著的改变.     

地球内部物理

地球内部为人类提供了丰富的资源，因此深入研究地球内部各圈层的结构，物质组成和物理化学特征是当前地球科学发展的趋势和面临的艰巨任务，本文从地幔对流，地幔矿物物理学和地球磁场等不同学科，对地球内部物理过程的研究成果作了评述。     

湖北梁子湖近百年来环境演变历史及驱动因素分析

湖泊生态系统的修复必须建立在历史生态环境演化过程与驱动机制认识的基础之上.针对草型湖泊演化历史研究相对不足的现状,以长江中游典型草型湖泊梁子湖为研究对象,结合210Pb和137Cs年代测试,通过对沉积柱高分辨率的多指标分析(硅藻、元素地球化学和粒度)以及流域历史资料重建近百年来梁子湖生态环境的演化过程,并在此基础上利用冗余分析定量区分影响该湖泊生态环境演化的关键驱动因子.结果显示,沉积物总磷和重金属元素Cu是影响该湖泊生态环境演化的2个显著变量,它们分别单独解释硅藻组合的12.7%和8.5%变率.这表明近百年来人类活动引起的营养输入对梁子湖生态环境演化起关键性作用,而重金属污染也是影响梁子湖环境演变的重要因子.本研究结果可以为梁子湖及长江中下游其他类似湖泊的环境治理提供科学依据.     

中国湖泊现状及面临的重大问题与保护策略

我国湖泊数量多、类型全、分布广,湖泊的形成演化不仅受流域自然环境因素及变化的影响,而且还深受人类活动的干扰,呈现出不同的区域演变特征和生态环境问题.近几十年来,我国湖泊数量、面积和分布都发生了较为显著的变化,并面临着湖泊萎缩与调蓄能力减少、水质下降与富营养化加重、生物多样性减少与生态退化、河湖水力和生态联系阻隔以及湖岸线和环湖地带过度开发等问题,引发一系列生态与环境后果,严重影响流域居民日常生活和经济的可持续发展.本文通过大量湖泊野外考察和调查,查清了我国面积大于1km2湖泊的数量、面积和分布状况,结合历史湖泊调查和相关研究资料,系统分析了近几十年我国湖泊面临的重大生态环境问题及区域特征,提出了我国湖泊保护的策略.     

青藏高原现代湖泊变化与考察初步报告

青藏高原广布的湖泊敏感地记录着气候与环境变化过程的信息．因它在地球中、低纬度地区最少受人类活动干扰,环境的演化变迁忠实地反映了纯自然过程,因此继南、北极之后,青藏高原正在成为研究全球变化的新的热点地区．青藏高原上的湖泊绝大部分为封闭湖盆,湖泊水位的变化直接记录着流域内的水量平衡变化过程．可敏感反映气候的变化．湖泊水化学性质记录了湖泊自身的演化历史,湖泊沉积物则包含着丰富的湖泊物理、化学、生物的沉积过程信息,这些过程与气候、环境演变又有着密切的关系．为了探讨湖泊沉积物和湖泊水体中的物理、化学、生物…     

Sustainable development and anthropogenic induced geomorphic hazards in subsiding areas

In many areas of the world, subsidence related to the lowering of the water table is modifying the landscape and provoking costly environmental hazards. We consider the Dead Sea (the Earth's lowest lake) as a model. Its water level was 395 m bMSL in the 1960s. Due to water diversions in the catchment area, as of 2016, the level has dropped to about 430 m bMSL. Here, as in other parts of the Anthropocene world, from China, to Iran, to Turkey, to Canada and the United States, consequences of human interventions are rapidly modifying the environment. Aggressive geomorphic processes leading to accelerated degradations are taking place and affecting landforms and infrastructures. In Tectonic terms, the lake is a pull‐apart basin resulting from the motion of the Dead Sea Transform fault. Since the 1960s, a slice of brine of about 35 km³ has been lost. The water table is dropping more rapidly in the lake than in the coastal zone creating an ever‐increasing head difference. Consequently, groundwater moves towards the sea to compensate for the imbalance, provoking the reactivation of the area's paleo‐channels with subsidence, sinkholes, and landslides. Since the 1980s, industrial‐touristic infrastructure has covered newly emerging lands in geomorphic hazards‐prone areas of the coastal zone. Time series analysis of high to very high resolution visible/radar satellite images acquired from the 1970s to present, revealed major landscape evolution. Such dynamic systems prevailing in recent decades permitted the study of human/environment interactions to help minimize their effects. Major deformations of an industrial dike were analysed and quantified. The results underline the necessity in the Anthropocene of careful analysis of relevant data sources acquired before and during subsidence, particularly in karst topography zones and prior to the development of major human activities in economically appealing environments around the world. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

The geomorphology of the Anthropocene: emergence,status and implications

The Anthropocene is proposed as a new interval of geological time in which human influence on Earth and its geological record dominates over natural processes. A major challenge in demarcating the Anthropocene is that the balance between human‐influenced and natural processes varies over spatial and temporal scales owing to the inherent variability of both human activities (as associated with culture and modes of development) and natural drivers (e.g. tectonic activity and sea level variation). Against this backdrop, we consider how geomorphology might contribute towards the Anthropocene debate by focusing on human impact on aeolian, fluvial, cryospheric and coastal process domains, and how evidence of this impact is preserved in landforms and sedimentary records. We also consider the evidence for an explicitly anthropogenic geomorphology that includes artificial slopes and other human‐created landforms. This provides the basis for discussing the theoretical and practical contributions that geomorphology can make to defining an Anthropocene stratigraphy. It is clear that the relevance of the Anthropocene concept varies considerably amongst different branches of geomorphology, depending on the history of human actions in different process domains. For example, evidence of human dominance is more widespread in fluvial and coastal records than in aeolian and cryospheric records, so geomorphologically the Anthropocene would inevitably comprise a highly diachronous lower boundary. Even to identify this lower boundary, research would need to focus on the disambiguation of human effects on geomorphological and sedimentological signatures. This would require robust data, derived from a combination of modelling and new empirical work rather than an arbitrary ‘war of possible boundaries' associated with convenient, but disputed, ‘golden’ spikes. Rather than being drawn into stratigraphical debates, the primary concern of geomorphology should be with the investigation of processes and landform development, so providing the underpinning science for the study of this time of critical geological transition. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于CiteSpace和知网数据库的《湖泊科学》创刊30年(1989-2018年)发表论文的文献计量学分析

湖泊科学是研究湖泊及其流域在人与自然相互作用下对生态系统、环境间的关系的一门交叉学科.为了探究湖泊科学研究的发展与研究前沿,通过对《湖泊科学》创刊30年（1989-2018年）来发表的全部2555篇论文的统计,分析了年发文量与影响因子年际变化趋势,并运用CiteSpace V软件绘制了可视化知识图谱.结果表明：30年来《湖泊科学》年发文量、被引频次及影响因子整体呈稳步增加的趋势,期刊拥有较为稳定与广泛的学术影响力.相关研究范围主要涉及全球气候变化、湖泊生态系统及群落结构、湖泊富营养化等方面,研究区域则多为湖泊分布较广、生态系统较脆弱且环境问题较为突出地区.文献关键词的分析得出了研究热点与趋势的三个阶段.CiteSpace对作者所在机构的分析表明,近10年来,高校已经超过研究所成为期刊作者主体.关键词词频分析表明,"太湖"、"沉积物"、"富营养化"一直是刊发内容的热点,而近10年来,浮游植物及群落结构、三峡水库逐渐成为热点.随着湖泊研究与遥感技术、统计与模拟、环境化学等进一步交叉,湖泊科学研究向着深入化、精细化方向发展.目前,湖泊科学研究已形成了湖泊水文与生态系统、湖泊生态恢复与环境评价、沉积环境与全球变化等较为稳定的研究团队,高校与科研院所成为湖泊研究主体,具有显著的区域性和集聚效应.期刊论文读者下载量统计分析表明,《湖泊科学》官网（www.jlakes.org）已经成为读者阅读和下载论文的主要渠道.根据知网数据库的统计分析,30年来,刊发论文均获得了不同数量的读者引用,单篇最高被引636次,篇均被引24次.期刊高被引论文分析说明,湖泊作为生态环境保护的重要载体,加强湖泊污染问题的预防、湖泊富营养化预测及其生态修复技术等业已成为相关研究的热点与趋势所在.同时,随着全国湖泊流域数据平台的建设与大数据融合,湖泊流域物质交换、人文影响定量评估、健康与管理、湖泊湿地生态系统保护等方面的研究将进一步加快,而湖泊研究成果在区域的应用,将为改善水环境质量,确保区域生态环境安全,为湖泊生态保护及环境改善提供有力支撑.     

湖沼学是研究内陆水体的多学科整合科学——兼论我国湖沼学发展面临的挑战与机遇

湖沼学是研究内陆水体的多学科交叉综合性科学,自从Forel F.A.于1892年首次对湖沼学做出定义以来已有近130年历史.湖沼学的主要分支学科包括地质湖沼学(包括古湖沼学)、物理湖沼学、化学(生物地球化学)湖沼学和生物湖沼学.湖沼学的关键自然属性是通过跨学科的整合,从水生态系统水平综合分析相关过程与机理,并对生态系统变化进行预测.因此,湖泊学也是支撑水资源与生态系统保护、管理与修复的核心科学.然而,目前我国湖沼学发展面临分支学科发展不平衡、研究碎片化等问题,而人类活动加剧和气候变化对内陆水体生态系统的影响及管理对策是湖沼学研究面临的挑战与机遇.我国湖沼学研究亟需围绕人类活动、气候变化的影响,重点开展以下几个方面的工作:1)水动力与水文地貌特征变化及其环境生态效应; 2)营养盐和有机质生物地球化学循环及其环境生态效应; 3)食物网结构与功能; 4)外来入侵物种的影响与控制对策; 5)与水环境有关的传染病防治; 6)地表水生态评价; 7)生态系统演变机理与退化生态系统修复等.     

基于一种新智能优化算法与谱相关方法对重力固体潮的分析

根据月球与太阳相对于地球位置的关系,建立一个三维正交分解模型来揭示重力固体潮中包含的谐波成分。在此基础上,提出一种基于单形邻域与多角色进化策略智能优化算法的独立分量分析方法,用以提高算法效率和全局寻优能力;并结合谱相关方法,对重力固体潮观测数据进行处理和分析,观察其频域和时域的变化。最后引入理论信号和理论计算值作为参考背景,以凸显其异常变化特征。研究表明,利用该方法可以有效地反映出重力固体潮潮汐的日波、半日波、长周期波等特征。同时,发现重力固体潮潮汐的异常变化中隐含有地震前兆信息,通过对云南地区观测数据的分析,在排除测量误差和环境影响外,发现在地震前2~5个月内,重力固体潮的长周期波均呈现出规律性的异常变化。这反映出地震的前兆异常信息,可能对地震时间和地点的预测提供依据。     

古湖沼学研究揭示湖泊生态系统服务变化的过程

当今在气候变化和人类活动等多重压力影响下,作为地表过程重要组成部分的湖泊生态系统正遭受着巨大威胁,其服务功能急剧退化.如何客观地评价湖泊生态系统服务的现状,并科学地预测其发展趋势,是当前亟待解决的问题.开展长期生态系统服务变化过程与机理的分析,有助于未来生态系统服务变化趋势的预测.然而,现有的观测数据往往时间较短(通常小于50年).连续的湖泊沉积记录为研究生态系统服务变化的长期过程提供了可能.本文结合前人研究成果,列举了可反映湖泊生态系统服务变化的一些古湖沼学指标,依据这些指标相对明确的生态和环境指示意义,将其与各项服务关联起来.最后,结合巢湖实例分析来说明这些指标在评估湖泊生态系统服务方面的具体应用,研究表明当今巢湖生态系统服务供应能力的持续增加是以调节服务的丧失为代价的.尽管目前的研究尚处于起步阶段,但古湖沼学手段无疑为今后湖泊生态系统服务历史状况的评估提供了途径,为古湖沼学的应用提供了一种新的思路,并为今后生态系统的保护和可持续利用提供重要的决策依据.     

The Anthropocene: is there a geomorphological case?

The ‘Anthropocene’, as used to describe the interval of recent Earth history during which humans have had an ‘overwhelming’ effect on the Earth system, is now being formally considered as a possible new geological Epoch. Such a new geological time interval (possibly equivalent to the Pleistocene Epoch) requires both theoretical justification as well as empirical evidence preserved within the geological record. Since the geological record is driven by geomorphological processes that produce terrestrial and near‐shore stratigraphy, geomorphology has to be an integral part of this consideration. For this reason, the British Society for Geomorphology (BSG) has inaugurated a Fixed Term Working Group to consider this issue and advise the Society on how geomorphologists can engage with debates over the Anthropocene. This ESEX Commentary sets out the initial case for the formalisation of the Anthropocene and a priori considerations in the hope that it will stimulate debate amongst, and involvement by, the geomorphological community in what is a crucial issue for the discipline. The Working Group is now considering the practical aspects of such a formalization including the relative magnitude problem, the boundary problem and the spatial diachrony of ‘anthropogenic geomorphology’. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

我国湖泊水文学研究进展与展望

湖泊是地球表层水体的重要组成部分,在区域社会经济发展和生物多样性保护等方面发挥着不可替代的作用.气候变化和高强度的水资源开发利用等,导致湖泊物理、化学特性在时空格局上发生显著的变化,引起一系列的社会、环境、气候等响应.湖泊水文学研究湖泊水文要素及其时空变化特征、平衡关系与变化规律,在水文过程演变与归因解析、湖泊洪旱发生机理与调控、湖泊资源评估与可持续利用等方面,解决了众多理论和实践问题,为区域发展提供了强大支撑.本文评述了近50年来我国湖泊水文学的发展与研究进展,重点阐述湖泊水量平衡与水量变化、湖泊水动力与水文过程调蓄、湖泊极端水文事件成因、湖泊水文遥感反演等方面的研究进展,展望了湖泊水文学的未来发展趋势.