朱立平， 喬寶晉， 楊瑞敏， 劉翀， 王君波②， 鞠建廷

①中國科學(xué)院青藏高原研究所，北京 100101；②中國科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心；③中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

專題綜述：青藏高原資料匱乏區(qū)調(diào)查

青藏高原湖泊水量與水質(zhì)變化的新認(rèn)知*

朱立平①②③?， 喬寶晉①③， 楊瑞敏①， 劉翀①③， 王君波①②， 鞠建廷①

①中國科學(xué)院青藏高原研究所，北京 100101；②中國科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心；③中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

青藏高原湖泊眾多，是氣候變化敏感的指示器。湖泊作為地表下墊面的重要組成部分，不僅通過陸-氣之間的水汽和能量交換影響區(qū)域氣候(如降水、氣溫)，而且通過沉積物記錄了過去的氣候變化信息。湖泊的水量和水質(zhì)是制約湖泊與大氣水分能量交換和湖泊沉積過程的基本要素，對(duì)青藏高原湖泊水量、水質(zhì)的基礎(chǔ)調(diào)查工作是準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)青藏高原對(duì)氣候響應(yīng)與影響的關(guān)鍵?；谧罱?年在青藏高原地區(qū)開展的湖泊基礎(chǔ)調(diào)查工作，明晰了過去對(duì)青藏高原重要湖泊基礎(chǔ)資料的模糊認(rèn)識(shí)，闡述了湖泊面積、水量變化的時(shí)空差異及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)，探討了基于遙感水色開展大范圍長、時(shí)間湖泊水質(zhì)研究的新方法。

青藏高原；湖泊；水量；水質(zhì)；基礎(chǔ)調(diào)查；遙感

青藏高原平均海拔超過4 000 m，被稱為“世界屋脊”和地球的“第三極”。青藏高原廣泛分布著大量的湖泊(圖1)，總面積超過45 000 km2，約占中國湖泊總面積的50%[1]，是亞洲數(shù)條大河(長江、黃河、瀾滄江、雅魯藏布江、印度河等)的發(fā)源地。由于青藏高原人煙稀少，人類活動(dòng)對(duì)湖泊的影響較小，湖泊的變化主要是由氣候變化導(dǎo)致。湖泊作為地表下墊面的重要組成部分，不僅通過陸-氣之間的水汽和能量交換影響區(qū)域氣候(如降水、氣溫)，而且通過沉積物記錄了過去的氣候變化信息。青藏高原的湖泊大多地處高寒區(qū)域，交通不便，許多湖泊的基本狀況仍然不為人們所知，而在氣候急劇變暖背景下，青藏高原大多數(shù)湖泊出現(xiàn)快速擴(kuò)張，僅在南部有少數(shù)湖泊處于萎縮的狀態(tài)[2-4]。湖泊擴(kuò)張帶來的水量、水體參數(shù)變化將對(duì)區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生深刻的影響，因此迫切需要了解這些湖泊發(fā)生的變化。

1 青藏高原湖泊基礎(chǔ)調(diào)查

湖泊基本特征的調(diào)查是開展湖泊與環(huán)境變化研究的基礎(chǔ)，目前已經(jīng)在不少湖泊開展了相應(yīng)的研究工作，如對(duì)湖泊的水深測量、水質(zhì)調(diào)查、湖泊沉積物的鉆取等。遙感影像是估算湖泊面積及其變化最直接和有效的方法。以2013年的陸地衛(wèi)星遙感影像為基礎(chǔ)，計(jì)算作為青藏高原第一大湖的青海湖面積為4 363 km2。已有的測深數(shù)據(jù)顯示，其最大深度為28.7 m[5]，估算水量約706 億 m3。與20世紀(jì)70年代的調(diào)查數(shù)據(jù)相比，青藏高原的湖泊擴(kuò)張已經(jīng)改變了湖泊面積大小排序。色林錯(cuò)目前已經(jīng)成為西藏自治區(qū)境內(nèi)的第一大湖，面積達(dá)到2 397 km2(較1976年增加了710 km2)。通過實(shí)測水深調(diào)查發(fā)現(xiàn)，湖泊水下地形較為平坦，最深處約50 m，其中水深超過40 m的區(qū)域主要分布在東南部，通過插值估算色林錯(cuò)的水量約為558 億 m3。水質(zhì)的調(diào)查結(jié)果表明該湖的電導(dǎo)率約14 000 μS/cm，屬于咸水湖；水化學(xué)離子的分析結(jié)果表明，色林錯(cuò)是以Na+和SO42-為主的湖泊，pH值約8.7。納木錯(cuò)已經(jīng)由西藏自治區(qū)湖水面積第一的大湖退居為第二，面積為2 020 km2。實(shí)測水深結(jié)果表明最深處超過95 m，且湖泊中部地區(qū)是整體水深超過90 m的大而平坦的湖底平原。其湖水的電導(dǎo)率約1 839 μS/cm，并且湖水為弱堿性，pH值約9.13[6]。根據(jù)實(shí)測水深數(shù)據(jù)，估算納木錯(cuò)湖泊的水量約870億 m3[7]。從面積上看，位于西藏中部的當(dāng)惹雍錯(cuò)僅為西藏第五大湖泊，面積為846 km2，卻是青藏高原最深的湖泊，實(shí)測最大深度達(dá)到230 m。根據(jù)實(shí)測水深數(shù)據(jù)估算水量約為709 億 m3[8]。湖水的離子以Na+和NO3-為主，總?cè)芙庑怨虘B(tài)物(total dissolved solid, TDS)約9 392.78 mg/L；湖水pH值超過10，表明該湖湖水為強(qiáng)堿性[9]。與當(dāng)惹雍錯(cuò)一樣，青藏高原的許多湖泊具有較高的鹽度。在近年的實(shí)測資料中，發(fā)現(xiàn)位于青藏高原西北部的龍木錯(cuò)具有極高的電導(dǎo)率，導(dǎo)致在-7.6 ℃的寒冷條件下仍然能夠保持液態(tài)(圖2)。圍繞著青藏高原湖泊的基礎(chǔ)調(diào)查工作，目前已經(jīng)獲得了20多個(gè)主要湖泊的深度、水量、水質(zhì)(水溫、電導(dǎo)率、pH、溶解氧、透明度、葉綠素)等數(shù)據(jù)，包括普莫雍錯(cuò)[10]、佩枯錯(cuò)、瑪旁雍錯(cuò)和拉昂錯(cuò)[11]、班公錯(cuò)[12]、納木錯(cuò)[6]、色林錯(cuò)、達(dá)則錯(cuò)[12]、當(dāng)惹雍錯(cuò)和扎日楠木錯(cuò)[8]、塔若錯(cuò)[13]、郭扎錯(cuò)、阿克賽欽、邦達(dá)錯(cuò)、龍木錯(cuò)[14]、赤布張錯(cuò)、多爾索洞措、令戈錯(cuò)、多格錯(cuò)仁、多格錯(cuò)仁強(qiáng)錯(cuò)等，同時(shí)開展了數(shù)百個(gè)中小湖泊的水質(zhì)調(diào)查研究。

圖1 青藏高原主要湖泊的分布情況

圖2 青藏高原西北部龍木錯(cuò)水質(zhì)離子剖面

根據(jù)近年對(duì)青藏高原湖泊調(diào)查的新認(rèn)識(shí)，我們將面積最廣、水量最多、湖水最深、鹽度最大、溫度最低(液態(tài))等最具有物理化學(xué)特色的一些湖泊基本數(shù)據(jù)總結(jié)如下：面積最大的湖泊是青海湖，約4 363 km2；水量最多的湖泊是納木錯(cuò)，約870 億m3，相當(dāng)于4個(gè)三峽水庫庫容；湖水最深的是當(dāng)惹雍錯(cuò)，最大深度約230 m；最咸的湖泊是龍木錯(cuò)，表層和底層湖水的電導(dǎo)率分別為170 000 μS/cm和247 000 μS/cm，底層液態(tài)湖水的溫度低至-7.6 ℃；單向長度最大的湖是班公錯(cuò)，長約155 km。作為目前西藏最大的湖泊色林錯(cuò)，盡管其物理化學(xué)指標(biāo)均未能占據(jù)首位，但其以最快的增長幅度成為近年受人關(guān)注的對(duì)象。其目前的面積和水儲(chǔ)量分別為2 397 km2和558 億 m3，較1976年分別增加了710 km2和249 億 m3。

圖3 青藏高原1976－2013年四期湖泊水量變化[19]

2 青藏高原近期湖泊面積和水量變化的研究

近年來關(guān)于青藏高原湖泊變化的研究不斷增多，已經(jīng)越來越受到關(guān)注。2011年，青藏高原有超過1 500個(gè)湖泊，其中面積大于10 km2、100 km2、500 km2和1 000 km2的湖泊數(shù)量分別是312個(gè)、104個(gè)、7個(gè)和3個(gè)，總面積達(dá)到41 938 km2[2]。從歷史數(shù)據(jù)看，20世紀(jì)70年代大于1 km2的湖泊總面積為40 126 km2，但是到2010年已經(jīng)增加到47 366 km2[4]，約占中國湖泊總面積的52%[15]。1970—2010年間青藏高原共有99個(gè)新的湖泊出現(xiàn)，其中71個(gè)新湖是在1990—2010年間出現(xiàn)的，并且有超過80%的湖泊在1970—2010年間表現(xiàn)出擴(kuò)張的趨勢[4]。一些著名的大湖均呈現(xiàn)明顯的擴(kuò)張，如納木錯(cuò)從1971年到2004年面積共增加了95 km2[16]。色林錯(cuò)同樣一直處于快速擴(kuò)張的趨勢，面積已超越了納木錯(cuò)，成為西藏第一大湖，湖泊的面積從1975—2008年共增加了574 km2[17]。當(dāng)惹雍錯(cuò)近十年來湖泊面積共增加了15 km2[18]?；赟RTM(shuttle radar topography mission)和Landsat影像，估算了青藏高原大于50 km2的湖泊水量變化從1976年到2013年共增加了1 026.4 億 m3[19]。圖3顯示了青藏高原1976—2013年間四期湖泊水量的變化情況[19]，表明青藏高原的湖泊在1976—1990年經(jīng)歷了普遍退縮，1990年以后出現(xiàn)普遍擴(kuò)張，而在2000－2005年出現(xiàn)快速擴(kuò)張的趨勢，目前仍然處在持續(xù)擴(kuò)張的狀態(tài)。然而，在青藏高原湖泊普遍擴(kuò)張的過程中，其東北部和南部的一些湖泊也出現(xiàn)退縮現(xiàn)象。青海湖的面積近30年間減少了184.82 km2，退縮率為22.13%，扎陵湖也在不斷地萎縮[20]。羊卓雍錯(cuò)近30年間面積減少了85.1 km2，退縮率為1.96%，扎日南木錯(cuò)也在不斷地萎縮[20]。佩枯錯(cuò)近些年來的湖泊面積處于持續(xù)退縮的狀態(tài)[21]。

由于青藏高原湖泊的快速擴(kuò)張，淹沒草場，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)及環(huán)境造成較大的影響。目前對(duì)于湖泊變化的原因研究較多，但是由于青藏高原氣象站點(diǎn)稀少，阻礙了對(duì)其原因的分析。近年來，青藏高原的降水量不斷增多，尤其是中部地區(qū)更為明顯[22]。通過分析湖泊與降水量變化的關(guān)系，不少學(xué)者認(rèn)為降水的增多是湖泊變化的主要原因[23-25]；然而，隨著溫度的升高，青藏高原大多數(shù)冰川近幾十年表現(xiàn)出快速退縮的狀態(tài)[26-30]，冰川融水的增多也被認(rèn)為是湖泊擴(kuò)張的重要原因[3,20,31-33]；凍土的變化同樣被認(rèn)為是湖泊變化的原因之一[34]。

就單個(gè)或幾個(gè)湖泊變化的原因分析來看，造成湖泊退縮或擴(kuò)張的原因各不相同。在藏南地區(qū)，降水減少以及蒸發(fā)增強(qiáng)是羊卓雍錯(cuò)湖泊退縮的主要原因，而強(qiáng)烈的蒸發(fā)以及低的降水量也使得瑪旁雍錯(cuò)不斷地退縮[35]。對(duì)于內(nèi)陸封閉湖泊來講，由GRACE(gravity recovery and climate experiment)衛(wèi)星計(jì)算的陸表水儲(chǔ)量的變化量與湖泊水量變化量接近，表明青藏高原內(nèi)陸湖泊的擴(kuò)張很可能主要是由于外來降水增多導(dǎo)致[2,36]。過去的幾十年，青藏高原大多數(shù)冰川都處在嚴(yán)重退縮的狀態(tài)，尤其是喜馬拉雅山脈的冰川退縮更為明顯[30]?；诒ㄎ镔|(zhì)平衡的分析研究表明，冰川融水對(duì)色林錯(cuò)、納木錯(cuò)以及蓬錯(cuò)湖泊擴(kuò)張的貢獻(xiàn)量分別為11.7%、28.7%和11.4%，因而判斷降水的增加以及蒸發(fā)量的減少是這些湖泊面積擴(kuò)張的主要原因[23]。基于水文模型的模擬結(jié)果表明，瑪旁雍錯(cuò)、色林錯(cuò)、佩枯錯(cuò)和當(dāng)惹雍錯(cuò)四個(gè)流域中，冰川融水占徑流的比例僅為14%～30%，而降水和積雪融水是湖泊變化的主要原因[37]。利用WEB-DHM(water and energy budget-based distributed hydrological model)模擬的結(jié)果表明，徑流、湖面降水和湖面蒸發(fā)對(duì)色林錯(cuò)湖泊擴(kuò)張的貢獻(xiàn)量分別為49.5%、22.1%和18.3%[38]。然而，通過定量分析納木錯(cuò)流域各個(gè)要素對(duì)湖泊的貢獻(xiàn)量，表明雖然降水是湖泊補(bǔ)給的主要來源，但是其主要是來維持湖泊的水量平衡，而冰川融水的增量是湖泊擴(kuò)張的主要原因[16]。唐古拉山地區(qū)冰川補(bǔ)給和非冰川補(bǔ)給的湖泊變化存在較大的差異，冰川補(bǔ)給湖泊擴(kuò)張明顯。通過估算表明，冰川融水對(duì)該類湖泊擴(kuò)張的貢獻(xiàn)與降水/蒸發(fā)的貢獻(xiàn)處于相當(dāng)?shù)乃絒33]。在青藏高原北緯33°區(qū)域，冰川補(bǔ)給區(qū)的湖泊擴(kuò)張速度顯著多于非冰川補(bǔ)給區(qū)[32]。然而，由于目前缺乏可靠的衛(wèi)星氣象數(shù)據(jù)、氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)以及實(shí)測徑流的數(shù)據(jù)等，難以準(zhǔn)確地定量各個(gè)要素對(duì)湖泊變化的貢獻(xiàn)量，以致于對(duì)青藏高原湖泊變化的原因仍然存在較大的爭議。

3 青藏高原湖泊水質(zhì)變化及其研究的新方法

湖泊水質(zhì)是指湖水的物理、化學(xué)特性及其動(dòng)態(tài)特征。湖水的物理性質(zhì)主要包括水溫、顏色、透明度、嗅覺和味覺；化學(xué)性質(zhì)由溶解和分散于湖水中的氣體、離子、分子、膠體物質(zhì)及懸浮固體成分、微生物和這些物質(zhì)的含量所決定。隨著測試技術(shù)的發(fā)展，一些原來需要采樣后再通過實(shí)驗(yàn)分析的化學(xué)指標(biāo)目前得以在現(xiàn)場測量，為水質(zhì)變化研究提供了便利條件。青藏高原的湖泊遠(yuǎn)離人類活動(dòng)，幾乎不存在富營養(yǎng)化現(xiàn)象，一些基本的湖泊水質(zhì)參數(shù)如水溫、pH、總鹽度(電導(dǎo)率)、總?cè)芙庑怨腆w物、葉綠素、溶解氧、透明度等均可以使用便攜式水質(zhì)儀快速獲取，使得湖泊水質(zhì)的基礎(chǔ)調(diào)查工作取得了很大進(jìn)展，目前已經(jīng)獲得80多個(gè)湖泊的實(shí)測水質(zhì)資料。然而，青藏高原地區(qū)分布著大大小小的湖泊1 000多個(gè)，一方面，由于自然條件、人力和經(jīng)費(fèi)成本的限制，不可能對(duì)這些湖泊全部進(jìn)行現(xiàn)場測量；另一方面，由于湖泊水質(zhì)受區(qū)域分異和氣候變化等各種因素影響，對(duì)其空間分布和時(shí)間變化特征的了解也不可能完全依賴現(xiàn)場測量進(jìn)行，需要發(fā)展新的研究方法，以獲取湖泊水質(zhì)參數(shù)的時(shí)空變化。

湖泊水色是湖泊重要而基本的特征之一，是湖泊自身及其流域范圍的物理、化學(xué)、生物等要素綜合影響的表現(xiàn)。湖泊浮游生物中的葉綠素(chlorophyll)、總懸浮顆粒物(TSM)、有色可溶解性有機(jī)物(CDOM)決定著湖泊水色[39]，而這些成分又與湖泊水質(zhì)參數(shù)密切相關(guān)。青藏高原地區(qū)海拔較高、氣候寒冷、環(huán)境惡劣，加之絕大多數(shù)湖泊基本不受人類活動(dòng)的影響，湖泊生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力與內(nèi)外源有機(jī)質(zhì)輸入相對(duì)微弱，無機(jī)懸浮物及其溶解程度表現(xiàn)出的水質(zhì)特征可能是影響湖泊水色的主要因素，通過建立水質(zhì)參數(shù)與水色特征之間的相關(guān)關(guān)系，能夠通過水色研究湖泊水質(zhì)的變化及其對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)。由于湖泊水色的光譜特征能夠直接利用光學(xué)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取，使得我們有可能獲得過去長時(shí)間、大范圍的湖泊水質(zhì)變化，并探討其變化的原因和機(jī)制。

利用MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)提取的青藏高原地區(qū)大于50 km2的120個(gè)湖泊的光譜特征，與實(shí)測的部分湖泊深度、電導(dǎo)率、葉綠素等水體參數(shù)相關(guān)分析表明，湖泊水色與電導(dǎo)率、深度具有較好的相關(guān)性，而與葉綠素的相關(guān)性很低。將這些湖泊面積劃分為不同等級(jí)后顯示，面積中等湖泊的水色與電導(dǎo)率相關(guān)性高于平均值，與深度的相關(guān)性低于平均值，與葉綠素相關(guān)性依舊很低。其余湖泊的水色與電導(dǎo)率相關(guān)性低于平均值，與深度的相關(guān)性高于平均值，與葉綠素相關(guān)性依舊很低。這表明青藏高原地區(qū)湖泊水色可能受到電導(dǎo)率、深度的影響較大，且兩者對(duì)面積大小不同的湖泊影響程度有所區(qū)別，而廣泛影響其他地區(qū)兩類水體及海洋水色的葉綠素，則對(duì)青藏高原地區(qū)水色影響很小。利用MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)得到的湖泊水體表面反射率與對(duì)應(yīng)的24個(gè)湖泊實(shí)測透明度數(shù)據(jù)(secchi depth)進(jìn)行相關(guān)分析，以MODIS綠色波段B4為基礎(chǔ)的單波段冪函數(shù)與湖泊透明度的相關(guān)性最高(R2=0.91，N=24)(圖4)[40]。因此，基于MODIS B4波段的冪函數(shù)反演模型最適合青藏高原地區(qū)湖泊透明度的遙感反演?；谠摲囱菽Ｐ?，以當(dāng)惹雍錯(cuò)為例進(jìn)行的湖泊透明度時(shí)空變化研究表明，該湖透明度存在明顯的季節(jié)波動(dòng)和較為明顯的年際變化，初步分析表明，降水/融水季節(jié)的湖泊透明度與湖泊所在流域的降水率具有密切的關(guān)系。因而，借助衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)能夠有效定量反演青藏高原地區(qū)湖泊的電導(dǎo)率(總鹽度)、深度、水體透明度等水質(zhì)特征，從而為進(jìn)一步開展該地區(qū)湖泊水質(zhì)的時(shí)空變化及其影響要素的深入研究奠定了基礎(chǔ)。

圖4 基于單波段冪函數(shù)模型的MODIS不同波段與湖泊實(shí)測透明度的相關(guān)關(guān)系

4 結(jié)論

湖泊的面積、水量與水質(zhì)及其變化反映了湖泊的基本特征。青藏高原擁有中國湖泊總面積的一半以上，對(duì)區(qū)域湖泊基本特征的了解不僅是科技基礎(chǔ)性調(diào)查工作的重要組成部分，也對(duì)深入理解青藏高原對(duì)氣候變化的響應(yīng)和影響具有不可或缺的重要意義。經(jīng)過近年的艱苦野外工作和研究方法探索，基本澄清了對(duì)青藏高原重要湖泊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的認(rèn)識(shí)，確認(rèn)了青藏高原地區(qū)面積最廣、水量最多、湖水最深、鹽度最大、溫度最低(液態(tài))等最具有物理化學(xué)特色的一些湖泊的基本數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了內(nèi)陸封閉湖泊水量變化的時(shí)間序列和空間分異特征，分析了氣候變化條件下的降水、冰川融水、蒸發(fā)等對(duì)湖泊水量變化的貢獻(xiàn)，探討了湖泊水色與水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，并建立了一些適用模型，從而為區(qū)域尺度上的湖泊水量和水質(zhì)變化提供了新的方法。

湖泊測深數(shù)據(jù)是計(jì)算湖泊水量及其變化的關(guān)鍵。在大量的野外實(shí)測工作和遙感分析基礎(chǔ)上，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于水深相對(duì)淺的湖泊(＜30 m)，利用遙感影像建立波段與水深的關(guān)系將會(huì)是以后監(jiān)測湖泊水深變化以及估算湖泊水量的一種捷徑。由于湖泊水質(zhì)受到環(huán)境變化以及季節(jié)變化影響較大，建立湖泊水質(zhì)與遙感數(shù)據(jù)某一波段或幾個(gè)波段組合間的擬合關(guān)系，將會(huì)是一種監(jiān)測長時(shí)間尺度湖泊水質(zhì)變化的有效途徑。湖泊的水量變化是分析水量平衡中重要的部分，但目前已有的精度較高的衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)覆蓋的時(shí)間尺度較短，難以獲得長時(shí)間尺度的水量變化。利用DEM(digital elevation model)數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)結(jié)合估算湖泊水量變化的工作已經(jīng)取得較好的效果，但使用更高精度的DEM考慮湖泊周邊復(fù)雜的地形，從而獲取長時(shí)間尺度且精度較高的湖泊水量變化將會(huì)是今后研究的一個(gè)重點(diǎn)工作。由于現(xiàn)階段缺乏可靠的衛(wèi)星氣象數(shù)據(jù)和氣象站數(shù)據(jù)，難以定量湖泊的徑流、蒸發(fā)以及湖泊降水等各要素對(duì)湖泊的貢獻(xiàn)，對(duì)于有冰川補(bǔ)給的湖泊，徑流中來自于降水和冰川融水的比例也很難定量，使得目前對(duì)于湖泊變化的原因分析仍然存在較大的難度。今后，隨著監(jiān)測數(shù)據(jù)的增多、氣象同化數(shù)據(jù)精度的提高以及分析手段的多樣化，在湖泊水量變化的原因分析上將會(huì)有更準(zhǔn)確的解釋。

(2017年5月8日收稿)

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(編輯：溫文)

自然信息

3D打印卵巢結(jié)構(gòu)重塑小鼠的生育能力

想一想3D打印的皮膚、耳朵、骨支架和心臟瓣膜，3D打印的愛好者會(huì)說，這種技術(shù)有產(chǎn)生醫(yī)學(xué)革命的潛質(zhì)。如今，由凝膠制成的人工卵巢能夠使老鼠受孕并產(chǎn)下健康的后代。研究人員表示，這種工程化的卵巢總有一天能夠幫助因放療或化療導(dǎo)致不育的癌癥幸存者恢復(fù)生育能力。

并未參與該項(xiàng)研究的美國比佛頓市俄勒岡國家靈長類動(dòng)物研究中心生殖科學(xué)家Mary Zelinski表示，這項(xiàng)“具有里程碑意義的研究成果”是“關(guān)于生殖系統(tǒng)組織的生物工程應(yīng)用的一個(gè)重要進(jìn)展”。

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家使用了一個(gè)具有發(fā)射凝膠噴嘴的3D打印機(jī)，而其所使用的凝膠來源于動(dòng)物卵巢中天然存在的膠原蛋白。研究人員通過在載玻片上打印各種重疊的凝膠纖維圖案來構(gòu)建卵巢，這就像用林肯積木造房子一樣，只不過是在一個(gè)更小的規(guī)模上——每一個(gè)腳手架據(jù)測量只有15 mm×15 mm大小。

研究人員隨后小心地將小鼠的早期卵泡(被生成激素的細(xì)胞包圍的含有一個(gè)生長卵子的球形結(jié)構(gòu))插入這些“支架”。8天后，更緊密編織的支架承載了更多部分的幸存卵泡，研究人員把這一作用歸因于早期卵泡具有更好的物理支持。

然后，研究人員在活體老鼠身上測試了更緊密的編織支架。研究人員穿過支架打了一些2 mm的洞，并且向每一個(gè)洞中植入了40到50個(gè)早期卵泡，從而創(chuàng)造了一個(gè)“生物假體”卵巢。隨后，他們利用外科手術(shù)摘除了7只小鼠的卵巢，并在其位置上縫合了人工卵巢。

研究小組發(fā)現(xiàn)，每個(gè)老鼠的血管都滲透到支架上。這種血管化是至關(guān)重要的，因?yàn)樗軌蛳蚵雅萏峁┭鯕夂蜖I養(yǎng)物質(zhì)，并允許卵泡產(chǎn)生的激素在血液中循環(huán)。

美國伊利諾伊州芝加哥市西北大學(xué)Monica M. Laronda和同事在5月16日出版的《自然—通訊》雜志中報(bào)道稱，他們讓這些老鼠交配，其中3只雌鼠分別產(chǎn)下了一窩健康的幼崽。這些產(chǎn)崽的雌鼠同時(shí)還能夠自然泌乳，這表明嵌入支架的卵泡產(chǎn)生了正常水平的激素。

利用患者之前提取的卵泡或捐贈(zèng)的樣本，研究人員希望類似的生物假體卵巢能夠被植入人類患者體內(nèi)從而恢復(fù)其生育能力。但這還有一段很長的路要走。

[關(guān)毅 編譯]

New recognition of water storages and physicochemical property of the lakes on the Tibetan Plateau

ZHU Liping①②③, QIAO Baojin①③, YANG Ruimin①, LIU Chong①③, WANG Junbo①②, JU Jianting①
① Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; ② CAS Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences, Beijing 100101, China; ③ University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

There are a large number of lakes distributed on the Tibetan Plateau (TP), which are sensitivic to climatic change. Lakes, as one of the important components of underlying surface on the TP, not only affect the regional climate by land-atmosphere water and energy exchanges, but also record the information of climatic change through sediments. Lake water storage and water physicochemical property are basic factors affecting water and energy exchanges between lake and atmosphere, and lake sedimentary processes. The basic investigation of lake water storage and water physicochemical property on the TP is one of the key issues for deep understanding the responses and inf l uence of TP in the climatic change. Based upon the basic investigations of the lakes on the TP during past 5 years, we have clarif i ed some fuzzy recognition and renewed the basic data of some important lakes. The lake area and water storage of the TP and their changes with climatic change, as well as the spatio-temporal difference, have been elucidated. Further, a new method is introduced to study water physicochemical properties and their changes within the ranges of long time and wide area based upon water color derived from remote sensing images.

Tibetan Plateau, lake, water storage, water physicochemical property, basic investigation, remote sensing

10.3969/j.issn.0253-9608.2017.03.002

*國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目(2012FY111400)、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B)(XDB03030000)和中國科學(xué)院國際合作項(xiàng)目(131C11KYSB20160061)資助

?通信作者，E-mail: lpzhu@itpcas.ac.cn