近日，我院符辉教授作为第一作者和通讯作者在湖沼学TOP期刊Limnology and Oceanography 发表了题为：“Causal feedback loops modify lake chlorophyll a–nutrient relationships over two decades of nutrient reductions and climate warming”的研究论文（原文链接：https://doi.org/10.1002/lno.12667）。该研究基于非线性动态理论、应用经验动态模型（收敛交叉映射，CCM）量化了湖泊生态系统中一系列因果反馈网络，并探究不同反馈网络强度对湖泊平均水深、营养盐变化、气候变暖等的响应。揭示了湖泊生态系统中的因果反馈对叶绿素-营养盐关系的调节机制。

研究发现湖泊生态系统中普遍存在环境因子和叶绿素之间的因果反馈（图1），这些因果反馈在不同湖泊之间表现出不同的强度，在较深的湖泊和那些经历较大气候变暖趋势的湖泊中，因果反馈较弱。相反，在总磷和总氮浓度显著降低的湖泊中，因果反馈较强。

北温带湖泊中，大部分因果反馈回路是增强回路和调节回路。其中增强回路在浅水湖泊和总磷降低趋势较大的湖泊中较为常见，其显著提高了浮游植物对总磷变化响应的敏感性(更大的叶绿素-总磷关系的斜率)。调节回路促使叶绿素-总氮的关系从在再贫营养过程与气候变暖的背景下发生方向性改变。

图1 因果反馈（关系、回路）的标准强度,A-B:单向反馈；C：双向反馈；D：路径反馈；E-F：三角反馈回路

随机森林模型分析结果表明，叶绿素a与铵态氮及叶绿素a与浮游动物生物量之间的反馈强度是Chla-TP关系（斜率）最重要的预测因子（图2A）；与pH、硝态氮及气温相关的因果反馈是Chla-TN关系（斜率）的主要驱动因子（图2B）。

图2 基于随机森林模型的因果反馈强度对Chla-营养盐关系（斜率）的贡献(A：Chla-TP，B:Chla-TN)

多级路径分析结果表明，NH₄↔Chla、NH₄→Chla→pH→NH₄、Chla→浮游动物丰度的反馈回路 (或路径)增强了Chla-TP的关系（斜率），而气温的升高强度、TP的降低程度以及湖泊深度降低了Chla-TP的关系（斜率）（图3A）。

NO₃↔Chla、pH↔Chla的反馈回路强度降低了Chla-TN的关系（斜率），TN的降低趋势直接增强了Chla-TN的关系（斜率）；而TP降低趋势通过PO₄→Chla和pH→Chla的反馈强度的变化间接促进了Chla-TN斜率的升高（图3B）。

图3湖泊深度、营养盐变化趋势、气温降低趋势、因果反馈强度及Chla-TP/TN关系(斜率)的广义多级路径分析

该研究以我院符辉教授为第一作者和通讯作者，袁桂香教授为共同通讯作者，合作者包括来自土耳其Middle East Technical University、丹麦Aarhus University 等机构的多位国际湖沼学知名学者。

符辉教授简介：

符辉，博士，教授，博士生导师。中国科学院水生生物研究所获理学博士。湖南农业大学神农学者青年英才第一层次引进人才。现为我院生态系教师。先后主持国家自然科学基金项目4项，省部级科研和教学项目10余项。以第一作者或通讯作者在Water Research、Limnology and Oceanography、Environmental Science & Technology、Ecosystems、Freshwater Biology等学术期刊上发表论文40余篇，获授权国家发明专利5项，担任Freshwater Biology期刊编委。