内蒙古高原湖泊硅藻群落演替揭示流域压力驱动的水生态系统退化机制

针对寒冷干旱区湖泊水生态系统退化驱动因素不明的问题，研究人员以内蒙古呼伦湖、岱海和乌梁素海为对象，通过沉积物硅藻群落分析结合冗余分析(RDA)，揭示了流域建设压力(LBP)、畜牧业(LVS)和气候变化(AT/Evp)共同驱动湖泊从健康水生植被向生态退化的转变，为区域湖泊管理提供了控制流域压力的科学依据。

　　

在广袤的内蒙古高原，湖泊如同镶嵌在干旱草原上的蓝宝石，维系着脆弱的生态平衡。然而，这些寒冷干旱区的湖泊正面临前所未有的挑战——气候变暖加剧蒸发(Evp)，城镇化扩张带来人口(Pop)激增和建筑用地(CST)扩张，畜牧业(LVS)发展导致营养盐(TN/TP)输入增加。这些变化如何影响湖泊生态？历史演变的驱动机制是什么？这些问题亟待解答。传统监测数据的时间跨度有限，而湖泊沉积物中的硅藻化石恰好能填补这一空白，它们如同"水下史书"，记录着百年来的生态变迁。

中国环境科学研究院的研究团队选取内蒙古三大典型湖泊——呼伦湖(HL)、岱海(DH)和乌梁素海(WLSH)，创新性地将沉积物硅藻群落分析与流域压力评估模型(LBP)结合，通过²¹⁰
Pb/¹³⁷
Cs定年技术建立年代序列，运用冗余分析(RDA)解析环境驱动因子，揭示了20世纪以来水生态系统的演变规律。研究成果发表在《Ecological Indicators》上，为寒冷干旱区湖泊管理提供了全新视角。

关键技术方法
研究团队采集40cm沉积柱，按1cm间隔分层获取97份样品。通过²¹⁰
Pb CRS模型校正¹³⁷
Cs时标建立年代框架；采用国际标准方法处理硅藻样品，在1000倍显微镜下鉴定到属级；测定总氮(TN)、总磷(TP)等沉积物指标；构建包含气候(AT/PP/Evp)和人类活动(Pop/Ind/CST)的流域压力指数(LBP)；运用Canoco4.5软件进行去趋势对应分析(DCA)和冗余分析(RDA)，解析环境因子与硅藻密度/多样性指数的关系。

研究结果

3.1 湖泊历史环境变化
沉积物营养盐垂直分布显示：岱海和乌梁素海近年TN显著上升，呼伦湖则先升后降；岱海TOC在表层沉积物中异常富集，反映有机污染加剧。流域压力(LBP)评估表明：1987-2018年间，三大湖泊LBP增幅达90%-270%，2005年后城镇化驱动的工业(Ind)和建筑业(CST)成为主要压力源。

3.2 沉积硅藻群落结构变化
硅藻属组成差异显著：呼伦湖以Cyclotella(55.5%)为主，岱海仅8个属，乌梁素海达20个属且Cymbella占优。时间上分为三阶段：

• 呼伦湖1921-1985年属丰度高(H指数>5)，2008年降至最低(3-4)，近年出现耐污属Epithemia；
• 岱海1913-1970年以Navicula为主，近年Cyclotella成为优势种(指示富营养化)；
• 乌梁素海1986年前多样性高，1990s后耐营养属增加，2010s因生态补水部分恢复。

3.3 环境因子与硅藻群落关系
RDA分析揭示：

• 呼伦湖：蒸发(Evp)促硅藻密度，畜牧业(LVS)降多样性；
• 岱海：建设压力(CST)和气温(AT)驱动Cyclotella增殖；
• 乌梁素海：LBP与密度正相关，农业(Arg)抑制多样性。

结论与讨论
研究首次量化了流域压力(LBP)对寒冷干旱区湖泊硅藻群落的叠加效应：人类活动(贡献率60%)主要通过建设扩张(CST)和畜牧业(LVS)改变生境，气候因子(40%)通过气温(AT)和蒸发(Evp)调节水文。岱海因火力发电取水导致盐度升高，硅藻群落单一化最严重；乌梁素海实施黄河补水工程后出现生态逆转，印证了流域管理有效性。

该研究创新点在于：建立硅藻群落-LBP响应模型，揭示城镇化不同阶段生态效应——初期(1985-2000)压力积累，中期(2000-2010)生态恶化，近期(2010后)调控见效。建议优先控制建筑用地扩张和工业布局，将硅藻Margalef指数纳入生态监测体系。研究成果对全球干旱区湖泊应对"气候-人类"双重压力具有示范意义，特别是为"一带一路"沿线类似生态系统保护提供科学范式。