描述
开 本: 16开纸 张: 纯质纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787544787901丛书名: 牛津通识读本
《瓦尔登湖》的作者梭罗曾说，湖泊是地球的眼睛，凝视湖中，人能够衡量出自己本性的深度。作为自然景观中☆美也☆富有表现力的特征，湖泊的魅力和价值远远超出其审美的一面。在本书中，沃里克·文森特从多学科角度出发，为我们全方位揭开潜藏在湖面之下的奥秘。湖泊如何形成与消失？湖水遵循着怎样的规则运动？湖水中又存在着一个怎样的看不见的微观世界？了解这些无损于湖泊的整体美感，而是帮我们打开了一扇求知之门，带我们重新认识和发现湖泊之美
作为一种陆生水体系统，湖泊被喻为“大地的明珠”，遍布陆地的各个角落。从南极洲神秘的冰下湖沃斯托克湖，到美国文学中著名的瓦尔登湖，湖泊既各自有着与众不同的个性，又共有某些相同的基本特征。在本书中，沃里克·F. 文森特追随“湖沼学之父”弗朗索瓦·A. 福雷尔的脚步，从多学科的角度对当前的湖泊研究作了系统的阐述，内容包括湖泊的诞生与消失、湖泊沉积物所记录的环境信息、湖水的季节性混合运动以及湖泊与周遭环境的相互影响等，并重点介绍了湖泊作为生态系统所具有的活力与价值。
致谢
章 引言
第二章 深邃的水体
第三章 阳光与运动
第四章 生命支持系统
第五章 终端是鱼的食物链
第六章 湖泊
第七章 湖泊与我们
索引
英文原文
序 言
沈吉
译 林 出 版 社 出 版 了 一 套“牛 津 通 识 读 本”（Very Short Introductions），邀请我为其中的《湖泊》一书作序。该书作者是加拿大魁北克市拉瓦尔大学生物学教授沃里克·文森特（Warwick Vincent），他担任加拿大水生生态系统研究院首席研究员，也是加拿大皇家学会会员、加拿大皇家地理学会会员，在湖泊研究方面享有很高的国际声誉。他曾于2018年来南京参加第34届国际湖沼学大会，我对他的研究工作印象深刻也非常欣赏，因而欣然答应，也深感荣幸。
1922年，拥有401名建会会员的国际理论与应用湖沼学学会（SIL，又称国际湖沼学学会）在德国基尔成立，这对于湖沼学的发展具有里程碑式的意义，会员几乎覆盖五大洲。此后，每两到三年举行一次学术交流大会。 2018年， SIL第34届国际湖沼学大会在中国南京召开，是学会创建 96年以来首次在中国举办，由中国科学院南京地理与湖泊研究所承办。我当时作为研究所所长承担了大会的组织工作，并与埃里克·耶珀森（Erik Jeppesen）教授共同担任大会主席，同时作有关湖泊生态系统长期演化的大会特邀报告。大会期间结识了本书作者。
拿到本书书稿，如同旧友新逢，欣然花了两天时间，奉读完成。一个非常鲜明的印象是：作者敬畏先贤，非常推崇弗朗索瓦·A. 福雷尔先生的研究工作。全书通篇穿插福雷尔关于日内瓦湖研究的片段，由此提供湖泊研究的思路、对湖泊认识逐步提高的过程，以及所获得的阶段性成果。洛桑大学（瑞士）的生理学教授弗朗索瓦·A. 福雷尔于 1892—1902年间陆续发表了湖泊综合研究专著《日内瓦湖：湖沼学专论》（Le Léman: Monographie limnologique）（共三卷），从而宣告了这门学科的诞生。因此，福雷尔也被誉为“湖沼学之父”。
本书以讲故事的方式，生动叙述了关于湖泊的那些枯燥的基本概念。比如：通过观察水之运动来阐述波浪和湖流的基本概念；从湖水的季节变化与混合过程的角度叙述温跃层的概念。作者善于对大家日常惯见的现象提出问题，阐述蕴藏于现象背后的科学原理。比如，纯净的湖水为什么是深蓝色？因为水分子能够吸收绿光和红光，后者的吸收程度更高，剩余的蓝光光子则被散射至各个方向并回到我们的眼中，湖水从而显示为蓝色。
作者讲述了湖泊中非常有趣的捕食现象，展示了自然界的盎然生机。比如：黄库蚊主要生存于湖泊和池塘，日间潜入水底，以沉积物中的动物为食；夜间它们会迁徙到湖面捕食浮游动物，由此躲避鱼类的捕食。借此，作者介绍了湖泊中非常重要的食物链层次：下层的被称为生产者，是能够通过光合作用将环境中的无机物制造成营养物质的自养生物，如水生植物和藻类；第二层被称为消费者，指那些以其他生物或有机物为食的异养生物，食草动物为一级消费者，肉食性鱼类为二级消费者；第三层被称为分解者，主要是各种异养细菌和真菌，它们把复杂的动植物残体分解为简单的化合物，后分解成无机物归还到环境中去，被生产者再利用。
作者非常重视新技术在湖泊研究中的应用，比如同位素方法在食物链研究方面的应用。作者提到，贝加尔湖中浮游植物硅藻在摄取无机氮后，它们的 δ15N比大气增加了约4 ppt。硅藻随后被端足类动物吃掉，并将氮在食物链中一路向上传递，经中
上层鱼类（杜父鱼），终到海豹时δ15N增加了14 ppt。这种方法对研究食物网中“谁吃谁”的关系提供了宝贵的参考。
作者对于湖泊外来物种的入侵有着十分警觉的意识，列举了当前已经发生的一系列生态灾难。例如，我们较为熟知的原产南美洲的凤眼莲，俗名水葫芦，在亚洲、非洲和美国南部肆虐，将水面覆盖致使水生栖息地窒息，水生生物大量死亡。1968—1975年间，一种叫 Mysis diluviana的糠虾被引入美国蒙大拿州弗拉特黑德湖上游的三个小湖，以改善鲑鱼渔业。到了 1981年，这种糠虾顺流而下进入了弗拉特黑德湖，并于1980年代末在数量上经历了爆炸性的增长。几年后，湖中浮游动物中的枝角类和桡足类因众多糠虾的过量捕食而消失殆尽，淡水红鲑变得没有浮游动物可吃，又因为糠虾只在夜间才出没于浮游区的水面，红鲑无法看见它们因而不能摄食。在弗拉特黑德湖流域，鲑鱼的竞技性捕捞量从 1985年的超过 10万条直线下滑到 1988年的0条。秃头鹰会在淡水红鲑产卵的溪流聚集捕食红鲑，其数量也经历了从1980年代早期的 600余只到十年后的基本绝迹。
作者还介绍了湖泊一些引人入胜的奇异现象。比如南极洲麦克默多干谷地区的万达湖，这里的湖面终年结冰，但当批科学家在冰面上钻洞，并将热敏电阻探头伸入下方水柱时，他们惊奇地发现温度在随着深度上升，并在底部达到惊人的 26℃。又如南极洲西福尔丘的迪普湖，盐度非常高（270 ppt），以至于湖水在冬季也不结冰，可以在周围天寒地冻的湖心划船，而这种液态盐卤湖水的温度达到 —18℃。此外，一些长年深埋在冰川下的极地湖泊也令人着迷。
在后一章“湖泊与我们”中，作者提醒人们，未来应关注全球变暖对湖泊生态系统的影响。他着重提到，世界各地筑坝拦水，建造了数以万计的人工湖泊—水库，这些水库的负面生态效应已经开始显现；其次是全球范围内湖泊面临的富营养化趋势，这些都是湖泊研究领域亟待解决的世界性难题。
作为一名湖泊科学工作者，我认为本书是绝佳的科普和通识教育读物。作者在短短的八万字篇幅内，将百年来的湖泊研究娓娓道来，内容丰富有趣，令人目不暇接、心驰神往。湖泊拥有供水、防洪、旅游、灌溉、水产养殖以及维系区域生态平衡等多种功能，被誉为“大地的明珠”。本书引导人们从多学科的视角认识湖泊，并连接湖泊基础研究、湖泊环境治理与管理全过程，必将对推动大众科普教育做出贡献。
中文版序
2018年8月，我有幸受邀前往南京参加第34届国际湖沼学大会。国际湖沼学学会（SIL）致力于内陆水体的研究，自1922年成立以来，每两到三年会在世界不同的地方举办大会。这是大会第二次在亚洲举办，也是次在中国举办。
南京的会场坐落于美丽的建邺区，这里有宽阔的马路、闪亮的酒店和有着玻璃外墙的办公楼，有些还在建，在我看来似乎每天晚上都在增高。中国主办方的接待非常出色，我也很高兴能够认识许多来自中国和世界各地的学生与研究者。
值此良机，我们也向我的博士导师，来自加州大学戴维斯分校的杰出的湖沼学教授，时年88岁的查尔斯· R. 戈德曼博士表示祝贺。为向戈德曼教授致意，我们举行了一场特别的研讨会，主题为“世界湖泊给全球的启示”，由我的同事，日本湖沼学学会前会长熊谷道夫教授主持。会后我们举办了一场令人难忘的中式晚宴，戈德曼教授在他的友人、同事和曾经的学生的陪同下出席。晚宴由太湖湖泊生态系统研究站前站长、杰出的中国湖沼学家濮培民教授主持。
那个周末，我在汉斯· 帕埃尔教授（也曾是戈德曼教授的学生）的带领下对太湖进行了实地考察。我们了解到这一广阔水体作为逾四千万人口水源供给的重要性，以及正在进行的理解和管理水质问题的各项研究，后者面临着全球气候变化带来的额外挑战。
南京之旅使我萌发了将我的湖沼学通识读本译成中文的想法。这本书在2018年经牛津大学出版社出版，后被翻译成法语在魁北克市和巴黎发行。当我听说中译本的出版社—译林出版社就坐落在南京时，我特别高兴，因为这座城市在我于中国介绍湖沼学的过程中有着举足轻重的地位。许丹女士和她在译林出版社的同事在翻译项目上给予了许多鼓励和无价的帮助，我为此向他们致谢。我要特别感谢邓天旸先生，他在拉瓦尔大学攻读化学博士期间勇敢地承担起英译中的工作。作为他博士论文的联合指导老师，我总是担心翻译会占用他研究工作（即开发微流控和高级图谱技术在环境分析系统中的联用）的时间，但幸运的是他能平衡这几项工作，而且我对他在翻译过程中对湖沼学有了深入认识感到非常高兴。
我要向许多湖沼学家致谢，他们在英文原版书出版前后给予了专业反馈和修改意见。他们包括： B. 拜森拿、 S. 博尼利亚、R. 科里、 A. 卡利、 G. 克林、熊谷道夫、 U. 莱明、 I. 洛里昂、 C. 洛夫乔伊、S. 麦金泰尔、S. 马卡格、F. 皮克、R. 皮耶尼蒂兹、M. 劳蒂奥、G. 施拉多、 P. 旺罗莱根和A. 维涅龙。我还要感谢阿曼达· 托佩罗夫绘制了超高质量的插图，以及加拿大机构对我湖泊研究的资金支持，包括自然科学与工程研究理事会（NSERC）、魁北克自然与技术基金会（FRQNT）、加拿大研究讲座（CRC）、加拿大创新基金会（CFI）、卓越中心网络计划—北极网络计划（NCEArcticNet）以及加拿大研究卓越基金—北部哨兵计划（CFREFSentinel North）。
后，我想再次感谢南京国际湖沼学大会的主办方，感谢他们的温馨接待以及他们对中国多样的湖泊和河流生态系统的精彩介绍。我希望此书能够帮助环境科学的学生们捕捉他们对湖泊的想象，以及鼓励所有读者去进一步了解世界湖泊水面下潜藏的秘密。
沃里克· F. 文森特
于加拿大魁北克市拉瓦尔大学
“作为一名湖泊科学工作者，我认为本书是绝佳的科普和通识教育读物。作者在短短的八万字篇幅内，将百年来的湖泊研究娓娓道来，内容丰富有趣，令人目不暇接、心驰神往。……本书引导人们从多学科的视角认识湖泊，并连接湖泊基础研究、湖泊环境治理与管理全过程，必将对大众科普教育做出贡献。”
——湖泊学家、湖泊与环境国家重点实验室主任 沈吉
本书出色地展示了生物、化学和物理是如何紧密地联结在一起，成为理解湖泊必不可少的钥匙。总体而言，这本小书对于湖泊之美及其复杂性作了出色而清晰的概览。
——联合国教科文组织全球环境变化主席 伊夫·普列里
章 引言
什么是湖泊？乍一看，这似乎是个简单的问题：湖泊即被陆地所包围的水体。但这个枯燥死板的物理定义仅仅是回答的开端，湖泊的本质和含义有着许多其他有趣的解读。对淡水生物学家来说，湖泊就是陆地上的绿洲，其中微生物、植物和动物相互影响，湖泊内的物种、食物网和生态过程也亟待探索。而环境学家则从化学角度出发，将湖泊视为和大气层交换气体的活反应堆。湖泊收集并转化从邻近集水区冲洗出来的物质，同时也是水生植物和藻类通过光合作用合成新的有机物的场所。我的一些同事从事湖泊沉积物中微观化石的研究，对他们而言，湖泊是丰富的信息库，可以告知过去和现在，并引导我们制订未来的计划。
对水文工程师和大众来说，湖泊是不可或缺的资源，通过管理、治理现有湖泊和人工造湖，可以满足日益增长的饮用水、水力发电、渔业和其他生态系统服务等需求。维持这些服务需求则需要对表面水和地下水的平衡保持密切关注，包括它们的流入量、蒸发量、抽取量和流出量，这些条件共同决定了湖盆中保有的水量。水资源在世界上的许多地方都极度匮乏。在当前全球气候变化的大环境下，湖泊的水量出入平衡越发岌岌可危，其管理也显得困难重重且富有挑战。
从物理层面来讲，湖泊系指由太阳与风所驱动的持续运动的水体。在不同的季节，湖水可依据许多不同性质的差异分层，如温度、含氧量、颜色和含盐量。这些分层有时会出乎意料地显著，但在每年的混合期则会被打破。湖泊是陆地景观中水体联通且缓慢流动的管道：水从其中流入流出，但这种有序运动会持续地被风力引起的漩涡、流涡和逆流所干扰，甚至在水下，这种波的生成和破碎也在进行。
每年夏天，当我前往科考场所，飞过加拿大北部地区上空的时候，目光所及之处，下方的淡水湖犹如闪闪发光的群岛；或在更北更寒冷的纬度，白雪覆盖的湖冰镶嵌在起伏的苔原上。在部分研究中，我们关心微观生物在这些如群星般繁多的极地湖泊和池塘中的分布，以及这些具体的湖泊或池塘是怎样决定了这种分布。而对于研究鱼类和其他水生生物进化的人来说，古老的湖泊群即一个个实验室。其中发生的繁殖、基因变异和物种形成的过程，能够帮助我们理解这个星球上的生物多样性是怎样进化而成和持续变化的。查尔斯· 达尔文甚至推测生命可能是在“一些温暖且富含氨和磷盐的池塘”中诞生的。
湖泊是陆地的点，并终汇入海洋（除有些例外）。从这个角度看，湖泊作为其周围环境的集成者（图1），反映了其流域（又称集水区或水域）供水、植被、地质、环境内的自然活动和人文活动的综合影响。所以湖泊也可作为反映环境变化的指标，用来监测局部环境中人文活动的当前规模与长期影响，以及区域和全球范围内正在发生的气候变化、污染物扩散和生物多样性的变化。
接下来就是面积的问题。达尔文提出的那个温暖的小池塘能被视为湖泊吗？有的人将池塘定义为深度允许人蹚过的水体，但在沼泽湿地，这种以身试深的测试方法并不明智。有的人将池塘定义为可被冻结至水底的水体，而湖泊则不能，但这种十分具有加拿大特色的对水生世界的认知却并不适于其他地方。此外，即使在加拿大，表面覆冰的底层水也特别抗冻。在英格兰湖区，游客会发现当地人把小型水体称为“山中小湖”（tarns），大一些的则被称为“湖”（lakes）、“池子”（meres）或者“水”（waters），对具体称谓的使用并没有明确的共识。文学中北美洲有名的湖泊是瓦尔登湖（Walden Pond），纽芬兰的人们把大部分的湖都叫作“池”（ponds），包括长达 16千米深165米的西布鲁克池，这进一步加深了称谓不明的迷惑性。所以，“湖”和“池”好一并讨论，而在泛指各类水体时则使用“湖泊”一词。
无论我们想统计世界范围内，还是具体某个国家，抑或我们所处的周边地区的湖泊数量，湖泊的面积大小都非常重要。我们需要设定湖泊面积的小成像阈值去界定湖泊。而随着卫星乃至无人机遥感技术的进步，这一阈值逐年下降，湖泊存量的下限也是如此。高分辨率卫星能够很容易地分辨出 0.002平方千米以上的湖泊，这等同于直径约为 50米的圆形水域。依此标准，研究人员从卫星图中统计得出全世界约有 1.17亿个湖泊，总面积达500万平方千米。加拿大人认为本国是世界上湖泊多的国家，包括和美国共有的五大湖群，并且保有地球 20%的地表淡水量。但我办公室墙上的世界地图总提醒我：俄罗斯也是一个幅员辽阔且湖泊众多的国家，其中的贝加尔湖是世界上深的湖泊，同时它也保有地球另外 20%的地表淡水量。
此书旨在对湖泊相关科学知识作简短的概述，包括它们作为我们所属并依赖的生态系统的功能，和它们对环境变化的反应。当然湖泊对人类探索和文化的重要性，还有其他超越科学但同样多样的原因。深不见底且幽暗的外观赋予了湖水神秘莫测和令人不安的气质，一直深深吸引着小说家和诗人就此进行创作，如西尔维娅· 普拉斯的《涉水》和威廉· 华兹华斯的《序曲》，后者描写了他在孩童时于午夜涉过一片幽暗可怖的湖的旅程。湖泊深处栖息着神话生物的传说在世界各地的文化中流传，如毛利人神话中住在江河湖海里的塔尼华水怪。湖泊有着更深远的精神意义。在玻利维亚和秘鲁的神话中，的的喀喀湖湖底的太阳神因蒂，养育了印加文明的创建者—曼科· 卡帕克和玛玛· 奥克略。湖泊如同宁静的镜面和色彩缤纷的调色板，除了吸引许多旅客每年前往湖岸边度假，也一直是各个文化中艺术家、音乐家、作家的灵感源泉。有的作品，如松尾芭蕉的经典俳句，能够唤起读者听觉上对湖泊和池塘的想象（“水声响”）；在加斯通· 巴舍拉关于梦境的著作中，他分析了为何池水、泉水、湖水和溪水是“物质想象”和遐想的基本元素。
本书将把重心放在科学层面。而我希望这本通识读本可以让读者在下一次游览湖泊的时候，能以一种更强烈的好奇心和求知欲去认识湖泊，去认识水面和水下的奇观。每个章节将简短地介绍有关湖泊物理、化学、生物特征的概念，同时着重阐述这些特征之间如何相互作用，湖泊和人类的需求之间的关系，以及全球环境变化对湖泊的影响。湖泊科学有着悠久的观察史和发现史，也有许多优秀的教材在更为学术的层面介绍湖泊生态。这些书本包含众多既有理论和新的信息，但所有这些知识都可以溯源到 19世纪，一个年轻科学家在瑞士阿尔卑斯山脚美丽的日内瓦湖畔做出的决定。
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