过去一个世纪大型河连浅湖中的生态状态转换与空间异质性

《CATENA》：Ecological regime shifts and spatial heterogeneity in a large river-connected shallow lake over the past century

　　

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  重建了大型河流连通湖泊的百年生态变迁。
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  水动力异质性驱动了湖泊区域间不同的生态恢复力。
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  水利工程、营养盐供应和变暖的协同效应驱动了空间生物均质化。
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  停滞的水文条件带来了藻华扩展的高风险。

引言

生态状态转变在自然系统中已有广泛报道，其特征是在外部刺激下稳定状态之间发生突然的、非线性的转变（Rocha et al., 2018; Scheffer et al., 2012）。此类转变对生态系统管理构成了挑战，因为一旦超过临界阈值，小的扰动就可能引发生态结构和功能的快速且往往不可逆转的变化（Andersen et al., 2009）。在浅水湖泊中，此类生态转变通常从清水态转变为浊水态，并伴随灾难性藻华（Biggs et al., 2018; Scheffer and van Nes, 2007）。驱动湖泊生态系统状态转变的机制通常根植于反馈回路及其与外部扰动的相互作用（Kuiper et al., 2015, Seidl and Turner, 2022）。根据多源实证证据，湖泊生态系统在21世纪对状态转变的脆弱性有所增加（Gilarranz et al., 2022; Huang et al., 2022）。因此，了解状态转变的潜在模式和机制对于湖泊环境管理变得至关重要。

许多研究强调了营养盐负荷在塑造相对封闭水生生态系统结构和功能中的关键作用（Carpenter, 2005; Li et al., 2022）。然而，水动力条件（如水位变化、水文连通性和水动力制度）的影响被低估了（Duarte et al., 2026）。与此同时，越来越多的湖泊受到人为水文调控的影响，这显著改变了它们的水情并给生态系统稳定性带来了挑战（Kong et al., 2017）。

与停滞浅水湖泊相比，关于河流连通湖泊生态系统动态及其对水文变化响应的研究仍然有限。这些差距给在全球变化下维护河流连通浅水湖泊的生态稳定性和实现更广泛的湿地管理目标带来了挑战（Pritchard, 2021）。确定合适的生态基线仍然复杂，特别是在河流连通的大型湖泊系统中，历史水文波动塑造了生态系统结构和功能（Gillson et al., 2025）。需要更多研究来重建历史基线和生态阈值，将水文条件与生态系统动态联系起来，并模拟未来的气候变化、土地利用和水文干预措施（堰、坝、闸等）如何改变这些湖泊的生态状态（Dearing et al., 2014; Gillson et al., 2025）。

长江中下游地区的湖泊为这项研究提供了理想的场所，因为它们具有自然水动力波动和人为压力（Cai et al., 2017）。鄱阳湖是该地区最大的淡水湖泊，也是拉姆萨尔公约计划下具有国际重要意义的湿地（Bridgewater and Kim, 2021）。自20世纪中叶以来，该湖受到显著水文季节性、大规模水利工程、城市化以及盆地周围的污水径流等多种影响（Cai et al., 2017; Wei et al., 2026; Zeng et al., 2024; Zhang et al., 2018）。本研究聚焦于两个典型区域：鄱阳湖中心区域和南部子湖青兰湖。它们的地理特征形成对比，主湖区域受长江与其他入湖水道之间的水文交换强烈影响，而青兰湖则综合受到人类直接活动的影响。鄱阳湖水利枢纽工程（PLWCP）是一项旨在保护湖泊免受未来快速萎缩的坝体工程，引发了科学家、保护者和当地居民对水文优先事项变化影响的争议（Fan et al., 2021）。

本研究采用古湖泊学方法重建了鄱阳湖的长期环境和硅藻群落动态。通过分析采自中心主湖区域和青兰子湖的沉积物记录以及土地利用、气候和水利工程的历史记录，我们旨在评估百年间水生环境和硅藻群落动态的变化，并考察生态动态的空间异质性及其相关驱动因素。具体而言，我们首先确定硅藻群落结构在过去一个世纪的变化，其次确定与硅藻群落结构和生态恢复力变化相关的环境驱动因素，并解释水文调控如何改变对全球变化的生态恢复力。本研究为大型河流连通浅水湖泊中非线性生态转变的机制提供了有价值的见解，并为维持受调控淡水湿地的生态恢复力的适应性管理策略做出贡献。

各部分摘要

研究地点描述

鄱阳湖（115°49′-116°46′E, 28°24′-29°46′N）位于中国东部长江下游盆地，是北半球重要的鸟类迁徙枢纽。季风气候通过季节性的洪涝和干旱影响该地区。湖泊经历显著的水文变异性，水位每年在海平面以上6米至19米之间波动，对应受东亚季风影响的季节性降雨模式（Li et al., 2025）。

沉积岩芯的年代学

PY4和QLH岩芯的层序剖面显示出超量²¹⁰Pb含量的指数衰减和¹³⁷Cs含量的清晰峰值，表明沉积环境相对稳定。²¹⁰Pb CRS定年模型使用¹³⁷Cs放射性核素峰值进行校准，并外推至20厘米更深、缺乏超量²¹⁰Pb的沉积物（图2）。因此，青兰湖沉积物的年代范围涵盖1850年至2020年，而中心区域沉积物的定年

鄱阳湖藻类群落的历史变迁

过去一个世纪，区域气候变化以变暖趋势和干旱-洪水交替条件为特征，伴随着20世纪中叶以后人为压力的增加，如水利工程和流域改造。2000年之前，鄱阳湖中心的环境条件相对平稳（图3）。大约2000年，外来物质组成、营养盐通量和有机物含量发生变化，可能由

结论

过去一个世纪，鄱阳湖经历了从清澈、底栖生物占主导的状态向浑浊、浮游生物占主导状态的广泛生态转变，由气候变暖、营养盐输入增加和水文变化驱动。古生态和监测记录显示湖泊各区域间明显的空间异步性和不同的恢复力模式。半隔离的子湖（青兰湖）从1980年左右开始经历了气候和营养盐调节的渐进转变，而

CRediT作者贡献声明

赵燕杰：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，调查，资金获取，正式分析，概念构思。 张清慧：撰写——审阅与编辑，调查，数据整理。 范洪祥：软件，方法学，正式分析。 倪振宇：资源，调查。 曹雁敏：撰写——审阅与编辑，验证。 张恩楼：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取。

利益冲突声明

作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

我们要感谢赵宇、朱可欣、张凤义和王尧在野外调查和岩芯采集方面的协助。本研究得到国家自然科学基金委（42307561, U24A20639）和水安全湖泊与流域科学重点实验室（NKL2023-KP02）的资助。 张恩楼感谢江西省双千计划（Jxsq2023101035）的资助。 我们感谢国家地球

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