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目录

摘要 1

1. 绪论 1

2. 研究方法 3

2.1 研究区域 3

2.2 摇蚊幼虫的氮稳定同位素 5

2.3 湖泊生物指数 5

2.4 取芯和年代 6

2.5 摇蚊残骸和沉积学分析 7

2.6 当地气象记录 7

2.7 数据分析 7

3. 结果 8

3.1 LBI和当前的生态状况 8

3.2 摇蚊幼虫的氮同位素 9

3.3 沉积有机质 9

3.4 亚化石摇蚊组合 10

3.5 记录和温度 11

4. 讨论区 14

4.1 格陵兰西南部湖泊的当前生态状况 14

4.2 本地和全球强迫对摇蚊群落的影响 15

4.3 古气候重建的潜力 16

5. 结论和未来挑战 16

6. 参考文献 16

结合湖泊学和古湖泊学来评估气候变化对格陵兰南部两个湖泊的影响

西蒙·贝尔 达米安·乌斯 文森特·比谢 查理·马萨 克里斯托夫·马文 洛朗·米勒

摘要：我们旨在结合气候学方法和古湖泊学方法，了解气候变化对南格陵兰岛两个淡水湖泊功能的影响。研究结果提供了一种方法，可用于测试亚化石基拟南芥在古气候重建中的潜在用途。首先，结合生物指数和摇蚊类幼虫的delta;¹⁵N分析，对伊加利库湖和95湖的当前生态状况进行了评估。95湖是一个地处偏远的湖，目前的生态状态不受当地人类活动的影响，至今仍是原始的状态。相反，伊加利库湖呈现出令人担忧的生态状态，其特征在于氮循环的破坏，沿海生物多样性的丧失以及其营养功能的改变。结合近古化石学和地球化学分析的古湖泊学方法，用来重建湖泊过去的150年的生态轨迹。对摇蚊组合进行的重叠分析表明，这两个系统在一定程度上受气候变化的驱动，并强调了摇蚊遗体在古气候重建中的强大潜力。但是，自1980年代后期以来，伊加利库湖集水区的当地的农业活动已对湖泊生态状况产生了强烈影响，掩盖了当前全球变暖的实际影响。在格陵兰岛南部的结论中，原始条件下的湖泊可能是过去基于亚化石钟表古气候重建的极佳候选者。

关键词：湖泊 全球变化 格陵兰 人类影响 气候 生物指数 稳定同位素 古生物学

绪论

Crutzen（2006）提出了人世间的概念来定义最近200年的时期，在此期间人类活动已成为生态系统动力学的主要驱动力。全球变暖和各种人类压力相结合，导致几个湖泊出现令人担忧的生态状态（即深水缺氧，蓝藻水华，鱼类死亡等）。湖泊功能的这些变化经常导致许多生态服务的丧失（例如全球碳循环的调节，渔业潜力，生物多样性，饮用水的供应等）。在了解当前和未来的全球变化的背景下，研究淡水湖泊对环境变化的功能响应对于水生生态学家和生态系统管理者而言仍然是一个遥不可及的目标（ Seddon等人.2014）.获取新知识是预测湖泊生态轨迹的关键步骤。

由于北极的放大现象，该地区当前受全球变暖的影响比世界其他地区更为明显（Manabe 、Stouffer. 1980;Serreze等.2009）。在南格陵兰，预计在未来100年内温度将上升至3°C（北极气候影响评估.2005），而当前的全球变暖正在引起湖泊生态系统的剧烈变化（Smol等.2005）。同时，一些湖泊在全球范围（即大气沉降）和地方范围（即农业实践）都受到人为压力的强烈影响。格陵兰岛的南部很好地说明了这种情况，因为全球气候变暖和当地农业压力的共同发生可能会综合其影响并深刻影响湖泊的生态状况（Perren等人.2012;Millet等.2014）。格陵兰岛南部地区过去150年的气候和农业变化已得到充分记录，因此提供了一个难得的机会来量化气候和当地压力对湖泊生态状态的各自影响。

稳定同位素的使用已成为评估湖泊生物地球化学过程的有力工具。例如，湖泊中主要消费者的氮同位素组成可以突出人为造成的养分负荷（Vander Zanden等人.2005;Borderelle等.2009），这是湖泊富营养化的主要影响力（Carpenter等人.1998）。在更高层次的生物组织中，基于大型无脊椎动物的生物指数，被用于量化对水生群落干扰的后果（Verneaux等人.2004;Chowdhury等.2015）。因此，生物地球化学和生物评估方法的结合提供了研究湖泊当前生态状况全面特征的方法。

此外，长期的古生态记录可以用来弥补长期监测数据的不足，并提供湖泊功能异常的时间序列（Smol.1992）。在湖泊沉积物中已存在的多样性的代替物中，已确认摇蚊残留物是古湖泊学研究的有力指标。摇蚊（Arthropoda; Diptera; Nematocera）是不咬的蠓，其幼虫生长在湖泊沉积物的最高厘米处（Armitage等.1995）。每次蜕皮后，其外层骨骼中最坚硬的部分（头部囊，HC）仍保留在沉积物中，从而可以对其组成进行分类学分析（Walker.2001）。在许多淡水湖泊中，活的摇蚊科无处不在且种类繁多（Armitage等人.1995），因此，通常在湖泊沉积物中大量发现HC。许多因素会影响摇蚊群落的组成，特别是气温（Heiri等人.2011;Eggermont、Heiri.2012;Larocque-Tobler等.2012），沉积有机质（Verneaux、Aleya .1998）和溶解氧浓度（Quinlan等.1998;Little等.2000）.因此，这些时间序列的解释可用于追踪人为活动或气候变化对湖泊功能的影响（ Millet 等.2010;Frossard等.2013;贝尔等.2015）。

这项研究旨在更好地了解北极湖泊对全球变化的响应，同时评估了将摇蚊残骸用于古气候重建的潜在用途。已选择了位于南格陵兰岛同一地区的两个湖泊。因为假定它们受到相同的气候变化的影响，但是它们承受着不同的局部压力：第一个不受人类活动的影响，而第二个则承受着巨大的农业压力。本研究的目标是（1）使用生物指数和稳定的同位素分析法评估这两个湖泊的当前生态状态；（2）在对湖泊进行综合分析的基础上，重建它们过去150年的生态轨迹、沉积有机质和亚化石的时间轴；（3）确定湖泊生态轨迹的主要推动因素。

研究方法

2.1 研究区域

95湖位于格陵兰岛南部95m处（图1a）。它的表面为8公顷，水深最大为18 m（表1;图1c）。地质底层由花岗岩组成。95湖流域盆地的植被主要由牛痘卵泡素组成，上面分布着泥炭藓，青柳和桦木。目前，95湖附近似乎没有本地人为活动，这表明该系统仍处于原始状态。因此，假设湖泊的摇蚊群落的变化主要是由气候变化引起的。

伊加利库湖（15 m 处）位于Tunul-liarfik峡湾的深处，距95湖东北约35公里（图1a）。它的表面面积为35公顷，水深最大为26 m（表1;图1b）。集水区的基岩由花岗岩组成，上面覆盖着砂岩和熔岩。伊加利库的定居点成立于公元1780–1782年，但耕种仅限于少量牲畜（Koch Madsen.2014）。大规模的农业建设始于约公元1920年，可以分为两个阶段：大约从公元1920年至1980年对应于前现代农业的一个阶段，冬季广泛放牧绵羊并补充少量饲料。由于公元1970年左右绵羊死亡的急剧增加，南格陵兰的耕种迅速转变为现代机械化耕种。在伊加利库地区，这一时期对应于：在分水岭上建造谷仓，排干湖水以建立干草田，以及大规模利用氮肥，增加流域中30公顷的干草地的面积。农业发展的这一转变导致了浮游生物功能前所未有的变化，氮的生物地球化学循环受到强烈干扰，中营养硅藻也随之发展（Fragillaria tenera；Perren等.2012）。

图1：a 是南格陵兰的95湖和伊加利库湖的定位图，以及伊加利库湖（b）和95湖（c）的测深图。在测深图上白色圆圈表示取芯位置;黑色方块代表大无脊椎动物样本在基部的定位；黑色圆圈表示样品在沿海区域的位置

表1：所研究湖泊及其特征流域盆地（95湖和伊加利库湖）以及Reuss等人研究的流域.（2013），水化学是在2013年6月中旬从最大水深的垂直线上测量的

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