面向5587个浅水湖泊，他们发展水生植被研讨

■本报记者 袁一雪在生态体系中，水生植被对保护湖泊安康跟生物多样性存在久远的生态意思。但在寰球范畴内，长时序的水生植被数据极为匮乏，这给深刻研讨跟无效维护水生植被带来了宏大妨碍。为此，来自中国迷信院南京地舆与湖泊研讨所（以下简称南京地湖所）的科研职员，面向寰球5587个浅水湖泊中的水生植被发展研讨，网络了它们32年来的变更趋向及稳态转换情形相干数据。成果发明，1989年至2021年，沉水植被年夜幅增加，浮叶等水上植被迟缓增添，这种潜伏改变象征着湖泊面对生态体系退化危险。这项研讨克日在线宣布于《翻新》（The innovation）。沉水植被锐减“依据生态属性跟成长特征，水生植被可分为浮叶植被、沉没植被、挺水植被跟沉水植被。从遥感观察角度，咱们将叶片或许植株成长在水面以上的植被统称为水上植被，重要包含沉没植被、浮叶植被以及挺水植被；全部植株都沉在水面以下的植被则为水下植被，也就是沉水植被。”论文第一作者、南京地湖所研讨员罗菊花告知《中国迷信报》。浮在水面的植被很轻易辨认，成长在水下的沉水植被则轻易被疏忽。现实上，被疏忽的沉水植被在水生态体系中表演着至关主要的脚色，被称为“水下丛林”。它们是湖泊生态体系主要的低级出产者，能够污染水质、克制藻类成长、为鱼类等水生生物供给食品与栖身地，同时也是湖泊主要的碳汇，对保持跟增进水生生物的多样性与丰盛度起侧重要感化，是保持湖泊净水态的主要指标。卫星遥感监测成果表现，1989年至2021年，寰球水生植被均匀笼罩面积为108186平方公里，占寰球湖泊面积的28.9%，此中水上植被占15.8%、沉水植被占13.1%；寰球95%的水生植被散布在北半球，此中北美洲占比最高为58%，其次是亚洲占比为19%，欧洲占比为18%。上世纪90年月以来，寰球湖泊沉水植被浮现先增后减的趋向，浮叶等水上植被的变更恰好相反，先减后增。在2000年后，寰球湖泊中的沉水植被疾速退化，增加了30.4%，而浮叶类等植被则迟缓增添，增添了15.6%。这一趋向在2010年后更为明显。这标明，湖泊生态体系正朝着以浮叶等植被主导的暗影态与藻类主导的浊水态转换。“在2010年前，人类运动招致的富养分化加剧为稳态转换的主导要素；2010年后，寰球变暖则成为湖泊生态变更的主导要素。”罗菊花说明说。这种变更标记着湖泊中水生植被的主导类群由沉水植被向浮叶类植被改变，阐明湖泊稳态状况正产生潜伏转换。罗菊花持续说明说：“这种变更可能形成两个成果。第一，浮叶等水上植被连续增添，稠密的叶片铺在水面上，光被遮挡而无奈进入水下，水下光场变暗，招致沉水植被逝世亡或许灭亡，生物多样性降落，生态体系变得懦弱乃至瓦解，对人类的效劳代价降落乃至消散。第二，假如碰到大水、强降雨等极其气象，或许突发的工资运动，如大批收割等，会招致水生植被全体消散，水体高养分盐无处消纳，藻华爆发，湖泊生态体系灾变为藻型浊水态。”首创遥感算法“研讨湖泊中的沉水植被，须要依附人工实地样方考察，数据时空团圆且不断定性年夜。”论文通信作者、南京地湖所研讨员段洪涛先容，“假如考察的湖泊数目增添，势必消耗大批人力物力，且良多水生植被成长的地区，人跟船都无奈进入。”始终以来，更多研讨职员偏向于就近监测研讨单个湖泊或热门湖泊的生态情况。只有少少迷信家存眷并剖析过寰球水生植被长时光序列变更。即使有论文宣布，此中的数据也只能经由过程对文献检索数据的发掘，剖析其变更趋向。“这种方式获取的数据或信息是无限的，且获取数据时光标准上的持续性跟分歧性比拟差。”段洪涛表现。于是，他率领团队开端酝酿对于寰球湖泊水生植被的长时序数据集构建跟变更剖析。“面向寰球湖泊发展研讨比面向寰球大陆更庞杂，由于前者分布在寰球各地，深浅纷歧，四周情况、气象、生态状态等不尽雷同，加之水生植被品种庞杂，构建遥感算法、停止寰球湖泊水生植被差别类群的提取十分存在挑衅性。”罗菊花说。“这种算法是团队首创的。咱们在草藻多生态群落共存的太湖研制出该算法，并在长江中卑鄙湖泊对其停止了普遍验证与推广利用。”段洪涛说明说。2023年，对于该算法的论文宣布于《情况遥感》，具体论述了算法的研制、验证，并剖析了长江中卑鄙浅水湖泊水下植被、水上植被以及藻华的变更趋向。算法的顺遂利用赐与团队极年夜信念，他们决议正式开启寰球湖泊水生植被研讨。初次构建寰球浅水湖泊水生植被数据库研讨开端时，罗菊花等人借助美国国度航空航天局的140万景海洋卫星影像，重构了1989年至2021年寰球浅水湖泊内的水生植被群落时空数据集，冀望经由过程数据剖析，像研讨太湖等长江中卑鄙湖泊那样剖析寰球湖泊植被的散布与演化暗码。但是，此前始终“给力”的算法，却在利用于寰球湖泊的进程中呈现了一些成绩。差别于长江中卑鄙湖泊，因为散布范畴广、地形差别年夜等，寰球湖泊的状态特点、周边生态情况及湖内的植被类群更为庞杂，对算法提出了更高请求。比方，算法对深水湖泊的实用性不高；一些湖泊中水生植被群落与藻类群落成长的特异性，形成浮叶植被、沉没植被跟藻华被过错分类；高纬度湖泊中的湖冰也会招致过错分类等。针对差别成绩，研讨团队一直探讨、改良优化，提出了一套实用于寰球面积年夜于10平方公里、均匀深度小于15米的浅水、海水湖泊的水生植被数据集的任务流程。经由挑选后，共有5587个湖泊进入研讨职员的视线中。罗菊花记得，那是2022年，春节假期还未停止，他们就在寰球范畴内发展算法测试。该算法终于“修炼”成为可批量辨认寰球湖泊沉水植被群落的算法。“比拟其余水上植被，沉水植被的遥感光谱旌旗灯号较弱，但在卫星影像的差别波段，有沉水植被的地区与无沉水植被的地区依然有光谱差别。咱们经由过程叠加每个波段上二者的差别，构建了光谱指数。该指数能够极年夜加强有沉水植被区跟无沉水植被区的光谱差别，从而实现对沉水植被的提取与制图。”罗菊花先容说。“咱们经由过程卫星获取的寰球5587个湖泊的水生植被数据，是现在寰球范畴内湖泊数目最多、时光序列最长的数据集，为寰球湖泊水生植被研讨供给了迷信牢靠的数据产物。”论文独特通信作者、南京地湖所研讨员张运林弥补说。从2022年春节启动，到2025年春节宣布结果，3年尽力见功效，罗菊花直言这是送给本人的蛇年礼品。“春节是咱们任务的最好机会，由于这段时光被打搅得起码。”配合作者肖启涛说。“将来，在高强度人类运动跟疾速气象变更的双重钳制下，寰球湖泊将面对极年夜的生态退化危险。因而，应当采用迷信、公道、无效的应答战略确保湖泊生态可连续开展。”张运林表现。他们盼望经由过程这项研讨，推进寰球数据集共享、增强国际配合，为寰球湖泊生态规复跟漂亮中国建立供给坚固的数据基本与迷信支持。相干论文信息：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100784