贾珺杰 流域地理与生态水文 2022-10-17 17:33 发表于北京
Highlight
● 阐明1950年代以来全球湖泊系统的初级生产力（WGPP）地理分布格局
● 揭示浮游植物群落对全球湖泊系统的WGPP的控制机制
● 确定全球湖泊系统的WGPP地理格局的驱动因素
研究背景
内陆水体的总初级生产力（WGPP）是指水体中的自养生物（包括浮游植物和水生植物等）通过光合作用在单位时间单位面积固定的有机碳（C）。浮游植物固定的C占全球生物光合C固定的50%左右。因此，浮游植物产生WGPP的过程在全球生物地球化学循环和C循环过程中都发挥着重要作用。随着人类活动和气候变化不断加剧，探讨各种环境因素对生态系统碳循环、水体初级生产力和浮游植物群落的调控具有重要意义。本研究阐明了全球湖泊系统的WGPP地理分布格局和浮游植物组成，揭示了WGPP的浮游植物调控机制及其对内陆水体生态系统C循环过程的相关贡献，并进一步加强我们对全球气候变化和人类活动下内陆水体C循环的理解。
图1 1950-2020年调查的全球内陆湖泊系统分布(1950-1980[n=180], 1980-2020[n=270], 2000-2020[n=242]). a.美国; b.欧洲; c.中国; d.全球
主要结果
（1）阐明全球内陆湖泊系统的数量和面积分布特征
所调查的全球湖泊系统表现出相当大的空间分布差异。结果表明1950年代以来所调查的湖泊覆盖了南纬78°至北纬82°和西经160°至东经177°的区域，面积从2.0×10-3 km2到8.2×104 km2不等，可有效代表全球湖泊系统。超过60%的湖泊主要分布在北半球中纬度地区（30°N–60°N），全球50%以上的湖泊面积不足10 km2。
图2 沿经度（a）和纬度（b）调查的全球内陆湖泊系统的数量和面积分布特征
（2）阐明1950年代以来全球湖泊系统中的WGPP的时空分布格局
从1950年到2020年，全球湖泊系统的WGPP在0–22 g C m-2 d-1的范围内波动（图3）。全球内陆湖泊系统的WGPP范围随着时间的推移而增加。然而，从1950年到2020年，全球内陆湖泊系统的WGPP中值显著下降。
图3 1950-2020年全球湖泊系统中的WGPP格局.
a. 1950–1980; b. 1980–2000; c. 2000–2020.
在地理尺度上，WGPP的地理分布格局在中低纬度地区较高，在高纬度地区较低（图3）。与南半球相比，北半球内陆湖泊系统分布更为密集，WGPP波动更显著（图4）。东半球和西半球的内陆湖泊系统总体上是平衡的，但其WGPP差异很大。
图4 1950-2020年全球湖泊系统沿经度（a）和纬度（b）的WGPP
在大洲尺度上，除大洋洲和北美洲外，内陆湖泊系统的WGPP无显著时间差异（图5）。1950年至1980年，大洋洲湖泊系统的WGPP明显低于其他两个时期。七大洲湖泊系统的WGPP在所有时期都显示出显著的空间差异。南极洲湖泊系统的WGPP在所有时期都显著低于其他六大洲。
图5 不同时空尺度下WGPP的变化. a.不同区域尺度; b.不同大洲尺度
（3）阐明全球湖泊系统浮游植物组成
全球湖泊系统中的浮游植物群落主要包括金藻、甲藻、黄藻、隐藻、裸藻、硅藻、蓝藻和绿藻。蓝藻、硅藻和绿藻在大多数湖泊系统中占主导地位（90.14%）。在这71个湖泊系统中，蓝藻占43.66%，而硅藻占28.17%，绿藻也占了18.31%。然而，金藻是两极地区的优势浮游植物群落。优势和亚优势浮游植物群落占全球湖泊系统中所有浮游植物群落的53.00%–98.14%，平均值为76.63%±12.30%，这也被看作优势浮游植物群落对全球湖泊系统WGPP的贡献率。
图6 全球湖泊系统浮游植物组成比例. a.从西经到东经; b.从北纬到南纬
（4）揭示全球湖泊系统中WGPP和浮游植物群落的调控机制
在全球范围内，光照是决定WGPP地理格局的主要驱动因素，WGPP的时间变化受温度和CO2浓度的影响。在流域尺度上，不同湖泊中WGPP时空分布格局的控制因素是不同的。总之，由人类活动驱动的气候变化控制着全球湖泊系统中WGPP的地理分布格局和长期变化趋势。
图7 1950-2020年全球湖泊系统中WGPP和浮游植物时空格局的调控机制
论文信息
该研究成果以“Evolving geographical gross primary productivity patterns in global lake systems and controlling mechanisms of associated phytoplankton communities since the 1950s”为题，于2022年发表在地球科学领域国际顶级期刊《Earth-Science Reviews》（IF=12.038），特别研究助理贾珺杰与于贵瑞院士为本文共同第一作者，高扬研究员为本文通讯作者，秦伯强研究员、Jennifer A. J. Dungait教授、刘永教授和施坤研究员为本文共同作者。该研究得到国家自然科学杰出青年基金和基础科学中心的资助。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104221
