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湖泊水文调控与多压力驱动下清兰湖百年生态演变及恢复策略研究。基于210Pbex和137Cs年代测定，综合甾醇、n-烷醇及δ13Corg等指标，揭示清兰湖1958年以前自然状态以低甾醇通量、低有机碳积累率为特征，1958-1990年水文隔离导致沉水植物退化及藻类群落重构，1990年后营养输入与气候变暖加剧蓝藻水华。研究提出恢复水文连通性是遏制湖泊生态退化的有效手段。
魏彦先|孙伟伟|赵彦杰|林度瑞|张恩楼
中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全国家重点实验室，南京 211135，中国
摘要
水文调节深刻改变了水生系统的自然水文状况。再加上气候变化和富营养化，这些变化对湖泊生态系统的稳定性构成了重大威胁。本研究以鄱阳湖盆地的卫星湖泊青岚湖为例，基于210Pbex和137Cs测年结果，综合分析了多种地球化学指标（包括甾醇、n-烷醇和δ13Corg），以重建青岚湖在过去一个世纪中在多重压力下的生态演变过程。研究结果表明，1958年之前湖泊处于相对自然的状态，其特征是甾醇通量低、有机碳积累速率低，以及(n-C26+n-C28)/(n-C22+n-C24) n-烷醇比值较低；而δ13Corg和菜籽甾醇/菜油甾醇比值较高，表明初级生产力有限，沉水植物占主导地位。1958年至1990年间，(n-C26+n-C28)/(n-C22+n-C24) n-烷醇比值和二甾醇丰度增加，δ13Corg值下降，表明沉水植物退化，藻类群落组成发生重组。这一变化可能是由于1958年抚河改道引起的，这突显了河流营养物质和水动力在促进浮游植物生长中的作用。1990年后，在水文隔离、营养物质富集和气候变暖的共同作用下，甾醇通量和胆固醇相对丰度持续增加，表明藻类大量繁殖，尤其是蓝藻。通过区域比较发现，恢复水文连通性可能是遏制生态退化的有效策略。这些发现增进了我们对洪泛区湖泊在多重压力下生态退化的理解，并为全球类似系统的管理提供了实用见解。
引言
湖泊包含了地球上约90%的液态地表淡水，是超过10万种物种的重要栖息地，为全球数百万人提供了不可或缺的生态系统服务（张等人，2017a；李等人，2022b；金等人，2025）。然而，由于人类活动和气候变化的共同影响，大多数湖泊的生态完整性已经恶化（关等人，2020；胡等人，2024；王等人，2025b；Woolway等人，2025），这种趋势通常表现为持续性的藻类暴发和沉水植物减少（Tigli等人，2025；王等人，2025b）。这些变化标志着从具有恢复力的基线状态向退化和脆弱状态的转变（苏等人，2024）。此外，预计在气候波动加剧和人类压力增强的背景下，社会生态扰动将进一步加剧（Mammides等人，2020；肖等人，2020；宋等人，2021）。
阐明多种环境压力对水生生态系统的长期影响对于准确预测未来的生态响应和制定有效的流域管理策略至关重要（Bennion和Battarbee，2007；Lin等人，2021）。现有的监测框架（如遥感和现场调查）往往无法捕捉到百年尺度的水生生态系统退化，因为它们的时间覆盖范围有限（Lin等人，2024a）。利用年代明确的沉积物档案进行回顾性评估可以为获取监测前的关键数据提供可靠的替代方法，有助于重建高分辨率的长期生态环境演变（Smol，2010；Zeng等人，2022；Lin等人，2023）。然而，当前的方法存在固有的局限性，包括微观藻类分析耗时且劳动密集，沉积环境中的退化易感藻类色素的诊断不稳定，以及沉积DNA的靶向参考库不足（Domaizon等人，2017；李等人，2022a；Lin等人，2024b）。
甾醇和烷醇在沉积过程中稳定性很高，不易降解（Meyers，1997；Volkman，2005；Wang等人，2025a）。它们的组成和含量在不同生物来源中差异显著，因此具有相对较强的来源特异性（Volkman，1986；Zhang等人，2024）。例如，在淡水湖泊系统中，胆固醇（cholest-5-en-3β-ol）主要来自浮游动物和浮游植物（Zhang等人，2017b；Wang等人，2025a）；菜籽甾醇（24-methylcholest-5,22-dien-3β-ol）和二甾醇（4α,23,24-trimethyl-5α-cholestan-3β-ol）分别主要来自硅藻和甲藻（Volkman等人，1998；Wang等人，2021；Zhang等人，2024；Wang等人，2025a；Guo等人，2026）；而菜油甾醇（24-methylcholest-5-en-3β-ol）、豆甾醇（24-ethylcholesta5,22-dien-3β-ol）和β-菜籽甾醇（24-ethylcholest-5-en-3β-ol）在高等植物和浮游植物中普遍存在（Volkman，1986；Aboobucker和Suza，2019；Sipeniece等人，2023；Zhao等人，2024）。此外，5β-甾醇（即粪甾醇和表粪甾醇）主要来源于动物粪便，可以提供关于放牧活动和污水污染的信息（D’ Anjou等人，2012；Pu和Meyers，2022；Li等人，2024b）。鉴于湖泊生态系统中甾醇来源的复杂性，多指标交叉验证可以阐明其在生态演替中的来源，为基于甾醇的古湖沼学重建提供坚实的理论基础。
湖泊生态演替在应对多源压力时表现出明显的时空异质性（Perga等人，2015）。尽管面临类似的气候变化和人类活动压力，鄱阳湖的生态退化较为缓慢，这归因于其独特的洪泛区动态（Lin等人，2023）。自20世纪50年代以来，鄱阳湖流域内修建的水坝导致了多个孤立或半孤立的子湖的出现（Li等人，2024a）。与鄱阳湖开阔水域观察到的自然演替轨迹不同，这些周围的子湖表现出明显的不同生态路径（Yuan等人，2011；Li等人，2022b，Li等人，2022a；Liu等人，2024）。类似的水文变化在中下游长江流域的湖泊中普遍存在（表1）。这些变化与气候变暖和人为营养物质输入共同塑造了该地区的生态演变（Zeng等人，2022，2024；Jin等人，2025）。然而，该地区的大多数研究主要集中在个别案例上，对区域尺度的演替模式了解不足。研究湖泊生态系统如何对这些压力作出不同响应，可以增进我们对驱动湖泊生态系统动态机制的认识，并为精确的管理策略提供依据。
在这项研究中，我们进行了以甾醇为中心的综合生物标志物分析，以研究鄱阳湖南部子湖青岚湖在一个世纪内的生产力和群落结构变化。1958年抚河的改道从根本上改变了青岚湖的水文状况，其深远影响一直持续至今。尽管青岚湖在1998年被列为省级自然保护区，但根据最近的生态调查，其水质恶化，藻类生物量激增。揭示这种退化的驱动机制对于指导未来的恢复和管理至关重要。本研究旨在实现三个关键目标：（1）通过多指标分析完善甾醇指标在古湖沼学中的应用；（2）描述过去一个世纪青岚湖在多重压力下的水生群落变化；（3）揭示区域洪泛区湖泊在百年尺度上不同演替路径背后的驱动机制。
研究地点
鄱阳湖是中国最大的淡水湖，总流域面积为1.62 × 105平方公里，位于亚热带季风气候区的中下游，具有明显的湿润和干燥季节（Gao等人，2014；Huili等人，2015）。淡水主要来自五条支流：秀水河、赣江、抚河、饶河和新疆河，然后通过一条狭窄的通道流入湖口，最终汇入长江
沉积物岩芯年代学
图2a显示了青岚湖沉积物中137Cs和210Pbex活性随深度的变化情况。210Pbex活性从顶部到底部呈现总体指数下降趋势（R2 = 0.76）。137Cs活性首次在44厘米处被检测到，并逐渐增加到38厘米处的峰值约21.5 Bq kg?1，这对应于1963年，即大气核武器试验最多的年份。我们使用210Pb的供应速率（CRS）模型建立了沉积物岩芯年代学
湖沉积物中粪便甾醇的来源
在直接反映人类活动的化学指标中，5β-甾醇对于环境污水污染特别有价值，因为它们主要是高等动物肠道内产生的内源性化合物，而其在环境中的浓度较低（Li等人，2024c）。粪甾醇是5β-甾醇的一种，主要由杂食动物（如人类、狗和猪）产生，它通过微生物转化胆固醇在肠道中形成（Harrault等人，2019；Kissinger等人，2023；Li等人，
结论
基于多指标分析（主要是甾醇），本研究重建了青岚湖在过去一个世纪的生态演变过程。结果表明，湖泊从清澈、以沉水植物为主、生产力低的状态转变为浑浊、以藻类为主、生产力高的状态。1958年抚河的改道导致沉水植物早期退化，同时甲藻短期内大量繁殖。
CRediT作者贡献声明
魏彦先：撰写——原始草稿、可视化、软件、方法论、调查。孙伟伟：撰写——审阅与编辑、项目管理、方法论。赵彦杰：方法论、资金获取。林度瑞：调查。张恩楼：撰写——审阅与编辑、资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家重点研发计划（2022YFF0801104）、国家自然科学基金（42307561）和江西省双千计划（jxsq2023101035）的资助。
