NIGLAS
“地理科学摇篮 湖泊研究基地”
PNAS：湖泊沉积物解锁长三角太湖流域可持续发展之道
近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所张科研究员团队、联合南京大学、法国萨瓦勃朗峰大学、荷兰皇家生态研究所、法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学、瑞典于默奥大学、意大利米兰大学、英国南安普顿大学、南非开普敦大学等多家单位的科学家在PNAS发文，提出了从历史演化的视角研究湖泊流域人-地系统转型的新框架。
这项研究不仅深化了对人-地系统转型过程的理论认知，而且通过对我国长三角地区太湖流域近百年来社会-生态系统演化动态和模式的案例剖析，展示了人与自然系统如何从紧密耦合到逐渐脱耦的转型动态。研究指出长三角太湖流域自2000年左右社会经济发展和生态环境变化进入良性发展阶段，区域生态文明建设稳中向好。
研究成果以Transient social-ecological dynamics reveal signals of decoupling in a highly disturbed Anthropocene landscape为题，中国科学院南京地理与湖泊研究所林琪博士、张科研究员为论文共同第一作者，张科研究员、南京大学沈吉教授为论文共同通讯作者。
图1 湖泊流域社会-生态耦合系统长期演变及转型动态研究框架
科学评估人-地关系的演化及转型动态是地理学研究的核心命题之一，也是实现可持续发展目标（SDGs）和联合国生态恢复十年计划的重要理论支撑。当前人-地关系的研究面临着诸多难题，多数相关研究仅针对社会或者生态单一的子系统开展，缺乏表征复杂系统变化的综合指标来深入理解人-地耦合系统的动态；此外多数研究受限于较短的时间尺度，难以明晰复杂系统的演化轨迹和转型动态，例如系统弹性、突变及阈值、正负反馈机制等。
针对这些挑战，研究团队提出了基于历史演化视角来研究湖泊流域社会-生态系统动态及转型的理论框架，在复杂系统理论和弹性理论的基础上，利用古-今湖沼学、历史文献分析、模型模拟等多种研究手段，构建了基于系统变率为主的表征社会-生态系统动态的指标体系，进而揭示人-地系统在不同时空尺度下的互馈关系及转型动态。通过对太湖沉积物中古DNA的分析，结合多指标的湖泊沉积记录和流域社会经济数据，揭示了太湖流域在过去数百年间社会-生态耦合系统演化与转型的特征、并进一步对该地区人-地系统的可持续发展路径进行了系统的评估。
图2 太湖流域社会-生态系统互馈关系与转型动态（transient dynamics）
（A：系统关键要素变化速率与社会-生态耦合指数时间序列；B：社会子系统综合变率与与生态子系统综合变率的散点关系；C-E：流域土地利用生态足迹、水资源生态足迹、太湖水质与人均GDP随时间变化的关系）
研究发现，太湖流域过去百年来经历了两次重大的社会-生态转型。最初，太湖流域以其高产且稳定的农业生态系统而闻名，社会-生态系统呈现出较低的耦合程度，维持在一个可持续的动态平衡模式中；然而从20世纪50年代开始，随着社会经济的迅猛发展，生态环境退化的问题逐渐加剧，尤其是在1960至1980年代期间，流域的土壤侵蚀、湖泊富营养化以及水生和陆生生态系统的退化出现了前所未有的加速及突变，系统达到了一个新的状态；进入21世纪后，太湖流域社会-生态系统显示出明显的脱耦信号，社会经济发展与生态环境改善呈现出一种“双赢”局面，这一结果得到了区域土地利用和水资源生态足迹的支持，表明社会-生态系统可能已经进入了变革性的可持续转型阶段。这一发现对太湖流域乃至整个长三角地区的可持续发展和生态文明建设具有重要意义。
该研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等资助。
论文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2321303121
