云南程海沉积古DNA和色素记录的近千年浮游植物群落演替历史及其驱动机制研究
批准号:
42207241
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
严东娜
依托单位:
学科分类:
环境地质学
结题年份:
2025
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
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中文摘要
浮游植物是湖泊生态系统健康状况的重要指示器,其群落演替过程反映了湖泊生态环境动态变化历史。由于长期监测数据缺失以及传统古湖沼学指标的局限性,使得长时间尺度下有效反演浮游植物群落演替过程及其驱动要素量化研究尚有不足,限制了湖泊水环境治理与生态修复可持续发展理论的完善。本项目以云贵高原典型湖泊-程海湖为研究对象,首先采用分子生物技术和高效液相色谱法分析季节性水体、表层沉积物中DNA和色素反映的浮游植物(真核藻类和蓝藻)信息,提取能够表征藻类组成的有效DNA和色素指标并建立本地浮游植物基因数据库;然后在沉积柱精确定年基础上,利用古DNA和色素指标有效重建近千年浮游植物多样性、丰度和物种组成;最后结合沉积物多环境代用指标以及区域气候和人类活动等记录分析,运用多种统计模型(半)定量阐释浮游植物群落演变的驱动机制。本研究结果可为程海湖水质改善和生态修复提供科技支撑。
英文摘要
Phytoplankton community structure and succession is the indicator of lake ecological environment change. However, due to the lack of long-term monitoring data and the limitation of traditional palaeolimnology indicators, there are still insufficient studies on how to effectively reconstruct phytoplankton community succession and quantitatively interpret their driving mechanism at a longer time scale. It restricts to complete the theory of lake environment management and ecological restoration. In this project, a typical eutrophication deep lake Chenghai will be selected as the research object. We will analyze phytoplankton DNA and pigments in both water and surface sediments by molecular biological methods and high performance liquid chromatography (HPLC) respectively, to evaluate the preservation status and representativeness of DNA and pigments in lacustrine sediments. Furthermore, based on the ancient DNA and pigment records from the long sediment core, the phytoplankton diversity, abundance, and community structure over the past 1000 years will be reconstructed effectively. Combined analysis of multiple environment indexes in the sediment core and regional climate/human activity records, the statistical models and numerical simulations will be used to explain the share of phytoplankton succession driven by various environmental factors. This study can provide scientific support for lake water quality improvement and ecology repair.
浮游植物是反映湖泊生态健康的重要指示器,其长期演变过程对于理解环境动态至关重要。然而,由于长期监测数据的缺乏以及传统古湖沼学指标的局限,对长时间尺度浮游植物群落演替及其驱动要素的定量研究尚显不足,限制了湖泊环境治理与生态修复理论的深化。针对这一科学需求,本项目以云贵高原典型深水湖泊程海为研究对象,围绕全球藻华防控与“一湖一策”治理的目标,综合运用沉积古DNA、地球化学指标及多变量统计分析手段,系统重建了该湖千年尺度浮游植物群落结构演变与重金属污染历史。主要取得以下重要发现:1)建立了适用于深水湖泊沉积物的古DNA提取与生物信息分析技术体系,为湖泊古生态重建提供了可靠的方法学支撑;2)浮游植物群落结构在公元1500年前后、1800年前后及1950年前后发生三次显著转变,据此将千年演化历程划分为四个阶段:自然气候主导的中世纪暖期、小冰期、现代暖期早期,以及人类活动主导的人类世。暖期以蓝藻占优,冷期则以绿藻为主;3)进入人类世以来,浮游植物多样性显著上升,有害蓝藻成为优势类群,物种间互作网络日趋复杂,种间竞争显著加剧;4)温度是调控长期演替的关键自然因子,而人类活动驱动的营养盐输入则成为人类世阶段控制群落结构演变的核心机制。本项目在千年尺度上系统揭示了亚热带深水湖泊浮游植物群落的演变轨迹,明确了驱动机制由“自然气候主导”向“气候–人类活动协同作用”的根本转变。这一成果不仅为理解深水湖泊生态系统对自然与人为胁迫的长期响应提供了典型范例,也为识别藻华暴发阈值、制定基于长期演化规律的差异化湖泊治理策略奠定了重要科学基础。
云南程海沉积古DNA和色素记录的近千年浮游植物群落演替历史及其驱动机制研究
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批准号:--
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:严东娜
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依托单位:
国内基金
海外基金