PNAS：湖泊沉積物解鎖長(cháng)三角太湖流域可持續發(fā)展之道
????近日，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所張科研究員團隊、聯(lián)合南京大學(xué)、法國薩瓦勃朗峰大學(xué)、荷蘭皇家生態(tài)研究所、法國格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)、瑞典于默奧大學(xué)、意大利米蘭大學(xué)、英國南安普頓大學(xué)、南非開(kāi)普敦大學(xué)等多家單位的科學(xué)家在PNAS發(fā)文，提出了從歷史演化的視角研究湖泊流域人-地系統轉型的新框架。
????這項研究不僅深化了對人-地系統轉型過(guò)程的理論認知，而且通過(guò)對我國長(cháng)三角地區太湖流域近百年來(lái)社會(huì )-生態(tài)系統演化動(dòng)態(tài)和模式的案例剖析，展示了人與自然系統如何從緊密耦合到逐漸脫耦的轉型動(dòng)態(tài)。研究指出長(cháng)三角太湖流域自2000年左右社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)入良性發(fā)展階段，區域生態(tài)文明建設穩中向好。
????研究成果以Transient social-ecological dynamics reveal signals of decoupling in a highly disturbed Anthropocene landscape為題，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所林琪博士、張科研究員為論文共同第一作者，張科研究員、南京大學(xué)沈吉教授為論文共同通訊作者。
圖1 湖泊流域社會(huì )-生態(tài)耦合系統長(cháng)期演變及轉型動(dòng)態(tài)研究框架
????科學(xué)評估人-地關(guān)系的演化及轉型動(dòng)態(tài)是地理學(xué)研究的核心命題之一，也是實(shí)現可持續發(fā)展目標（SDGs）和聯(lián)合國生態(tài)恢復十年計劃的重要理論支撐。當前人-地關(guān)系的研究面臨著(zhù)諸多難題，多數相關(guān)研究?jì)H針對社會(huì )或者生態(tài)單一的子系統開(kāi)展，缺乏表征復雜系統變化的綜合指標來(lái)深入理解人-地耦合系統的動(dòng)態(tài)；此外多數研究受限于較短的時(shí)間尺度，難以明晰復雜系統的演化軌跡和轉型動(dòng)態(tài)，例如系統彈性、突變及閾值、正負反饋機制等。
????針對這些挑戰，研究團隊提出了基于歷史演化視角來(lái)研究湖泊流域社會(huì )-生態(tài)系統動(dòng)態(tài)及轉型的理論框架，在復雜系統理論和彈性理論的基礎上，利用古-今湖沼學(xué)、歷史文獻分析、模型模擬等多種研究手段，構建了基于系統變率為主的表征社會(huì )-生態(tài)系統動(dòng)態(tài)的指標體系，進(jìn)而揭示人-地系統在不同時(shí)空尺度下的互饋關(guān)系及轉型動(dòng)態(tài)。通過(guò)對太湖沉積物中古DNA的分析，結合多指標的湖泊沉積記錄和流域社會(huì )經(jīng)濟數據，揭示了太湖流域在過(guò)去數百年間社會(huì )-生態(tài)耦合系統演化與轉型的特征、并進(jìn)一步對該地區人-地系統的可持續發(fā)展路徑進(jìn)行了系統的評估。
圖2 太湖流域社會(huì )-生態(tài)系統互饋關(guān)系與轉型動(dòng)態(tài)（transient dynamics）
（A：系統關(guān)鍵要素變化速率與社會(huì )-生態(tài)耦合指數時(shí)間序列；B：社會(huì )子系統綜合變率與與生態(tài)子系統綜合變率的散點(diǎn)關(guān)系；C-E：流域土地利用生態(tài)足跡、水資源生態(tài)足跡、太湖水質(zhì)與人均GDP隨時(shí)間變化的關(guān)系）
????研究發(fā)現，太湖流域過(guò)去百年來(lái)經(jīng)歷了兩次重大的社會(huì )-生態(tài)轉型。最初，太湖流域以其高產(chǎn)且穩定的農業(yè)生態(tài)系統而聞名，社會(huì )-生態(tài)系統呈現出較低的耦合程度，維持在一個(gè)可持續的動(dòng)態(tài)平衡模式中；然而從20世紀50年代開(kāi)始，隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，生態(tài)環(huán)境退化的問(wèn)題逐漸加劇，尤其是在1960至1980年代期間，流域的土壤侵蝕、湖泊富營(yíng)養化以及水生和陸生生態(tài)系統的退化出現了前所未有的加速及突變，系統達到了一個(gè)新的狀態(tài)；進(jìn)入21世紀后，太湖流域社會(huì )-生態(tài)系統顯示出明顯的脫耦信號，社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境改善呈現出一種“雙贏(yíng)”局面，這一結果得到了區域土地利用和水資源生態(tài)足跡的支持，表明社會(huì )-生態(tài)系統可能已經(jīng)進(jìn)入了變革性的可持續轉型階段。這一發(fā)現對太湖流域乃至整個(gè)長(cháng)三角地區的可持續發(fā)展和生態(tài)文明建設具有重要意義。
????該研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目等資助。論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2321303121