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  • 2019年, 31卷, 第03期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 冰川融水对山地冰冻圈冰湖水文效应的影响
    王欣, 丁永建, 张勇
    2019, 31(03): 609-620.
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    冰川融水通过热量、水、物质传输对山地冰冻圈冰湖水文效应产生影响,引起广泛关注.本文从山地冰冻圈冰湖的水量、物理化学性质、生物等方面系统总结冰川融水对冰湖水文效应的影响.冰川融水被冰湖滞留能在一定程度上延缓区域冰川水资源的亏损,但也直接导致了潜在危险性冰湖数量和危险程度增大.冰川融水对冰湖物理性质的影响主要表现在降低湖水温度、影响透明度/浊度、改变湖水密度、造成湖水热力分层现象等方面,对冰湖化学性质的影响主要表现在增加湖水中的氮素、溶解有机物、持久性有机污染物、各类离子和重金属等,进而影响冰湖生物的分布、组成、结构和功能.深入系统地开展冰川融水及其变化对冰湖水文效应研究,对冰川水文与水资源、山地冰冻圈生态环境研究具有重要意义.
  • 2017年太湖水华面积偏大的原因分析
    朱伟, 陈怀民, 王若辰, 冯甘雨, 薛宗璞, 胡思远
    2019, 31(03): 621-632.
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    太湖流域及湖区经过一系列综合治理之后,截至2015年,水华面积逐渐减少,治理效果初见成效.然而,2017年太湖出现了前所未有的大面积水华(1403 km2),其原因成为各方面关注的热点问题. 2011-2017年,在太湖贡湖湾和梅梁湾布置的6个采样点,每月2次分层采集水质和微囊藻密度数据、全太湖的营养盐和微囊藻密度数据、气象数据和水华面积数据,进行了水华面积偏大的原因分析.结果显示,2011-2017年期间,全太湖总氮(TN)的7年平均浓度为1.89 mg/L,总磷(TP)为0.076 mg/L,而2017年TN浓度为1.60 mg/L,TP浓度为0.083 mg/L,比7年平均TP浓度回升了9.0%.气温方面,2011-2017年7年平均气温为17.3℃,2017年比7年平均气温高出0.7℃.全太湖7年平均微囊藻密度为0.53×108cells/L,而2017年为1.18×108cells/L,比7年平均值高出1.21倍.在这样一个数据背景下,全太湖年均值和风速区间比例冗余分析表明TP的回升、气温的偏高与水华面积也表现出明显的正相关关系,且5-9月1～2 m/s弱风天数与水华面积呈显著正相关,而风速超过4 m/s则会显著造成水华的消失.综合以上数据及分析,2017年出现巨大面积水华是由于全湖TP浓度的上升和气温偏高使微囊藻密度增长,为微囊藻聚集形成水华提供了丰富的物质基础,而在微囊藻大量繁殖季节风力较弱,1～2 m/s左右风速易于使微囊藻聚集形成薄层大面积水华.
  • 三峡大坝上下游水质时空变化特征
    张馨月, 马沛明, 高千红, 严海涛, 钱宝
    2019, 31(03): 633-645.
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    为探索三峡大坝上下游(坝上99.9 km、坝下63.0 km、全长162.9 km)水质时空变化特征,运用主成分分析和方差分析对2016年近坝段水质时空变化特征进行了分析.主成分分析表明,水文因子流量(Q)、气温(T)、水位(Z)和水质因子(水温(WT)、pH、电导率(EC)、溶解氧(DO)、悬浮物(SS)、高锰酸盐指数(CODMn)、硫酸盐(SO24-)、氟化物(F-)、总硬度(T-Hard)、硝态氮(NO3--N)、总氮(TN)和硒(Se))的变化主导着研究区域水质变化;各采样点主成分得分和双因素方差分析结果显示研究区域水质因子时间变化主要呈现出季节和不同水库运行时期的差异.消落期(2-5月),T-Hard、F-、SO24-和EC是影响河流水质变化的主导因子;汛期(7-8月),Q、SS、CODMn、NO3--N、TN和Se是影响河流水质变化的主导因子; T和WT主导着汛末(9月)河流水质变化,并引起了DO等理化特性的变化;高水位运行期(12月),Cl-是影响河流水质变化的主导因子.现阶段,DO、有机污染物(CODMn)、无机盐(SO24-和F-)、营养盐类(NO3--N和TN)、类金属元素(Se)和水体的矿化程度(T-Hard)的变化主导着区域水质的变化,是三峡大坝近坝段水域水质的控制因子.方差分析表明,河流的理化特性(DO、p H和SS)、营养盐组分构成(NH3-N和NO3--N)、无机盐类(EC和Cl-)、石油类有机污染物及粪大肠菌群(FC)等指标在坝上与坝下断面存在显著性差异.气温、水温、降雨、含沙量的季节性影响因素和水库调度运行模式是影响近坝段水质时间差异的主要因子;空间差异主要受城区污染排放和三峡水库调度引起的坝上和坝下水文和水动力学条件差异影响.因此控制研究区域因人类活动等造成的外源性污染,并针对不同类污染物质的季节变化特征实施合理的水库运行方式是近坝段水质提升的关键.
  • 太湖流域太浦河周边区域突发水污染潜在风险评估
    周宏伟, 黄佳聪, 高俊峰, 闫人华, 彭焱梅, 曹菊萍, 尚钊仪
    2019, 31(03): 646-655.
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    太浦河是太湖流域重要跨省界河流,沿岸区域污染源众多,下游分布重要水源地,存在突发水污染潜在风险,迫切需要开展区域污染源潜在风险评估,为突发水污染事件的风险防控提供科学依据.本研究通过太浦河周边区域的污染源调研,明确污染源的空间分布与污染源强,确定评估区域的主要污染物(化学需氧量、氨氮、锑、重金属铬、油品、危险化学品),综合考虑污染源、河流水文、沿岸社会经济等因素,筛选突发水污染潜在风险评估指标,构建评估指标体系,评估突发水污染事件的综合风险,识别太浦河周边区域的主要突发水污染潜在风险源.研究结果表明:太浦河周边区域的高突发水污染风险区呈现片状或斑块状分布,主要包括大型污水处理厂区域、大型工业企业区域、加油站和危险化学品仓库集中分布区、太浦河沿岸工业企业区域、水源地周边工业企业区域,总面积为22 km2,占太浦河污染源风险评估范围总面积的1.4%,是突发水污染事件防控的重点区域.
  • 金沙江下游梯级水库对氮、磷营养盐的滞留效应
    刘尚武, 张小峰, 吕平毓, 兰峰
    2019, 31(03): 656-666.
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    氮、磷是水域重要的营养或污染物质,大型水库修建将对江河氮、磷物质的输运产生重要影响.以金沙江华弹、向家坝水文站2006-2016年实测水质资料为依据,通过建立污染物浓度与流量比值(TN/Q、TP/Q)与含沙量(S)的关系式,对金沙江下游溪洛渡、向家坝梯级水库蓄水前后进出库总氮(TN)、总磷(TP)浓度及通量的变化特征进行研究.结果表明:(1)华弹站不受蓄水影响,TN和TP浓度在0.38～1.41和0.01～0.73 mg/L之间变化,向家坝站蓄水前TN和TP浓度在0.32～1.33和0.03～0.42 mg/L之间变化,蓄水后在0.35～1.29和0.01～0.05 mg/L之间变化,蓄水后TN浓度较蓄水前略有升高,但TP浓度较蓄水前约降低75%;(2)蓄水前华弹站TN浓度与向家坝站基本接近,TP浓度总体低于向家坝站,蓄水后华弹站TN浓度低于向家坝站,TP浓度明显高于向家坝站;(3)金沙江TN以硝态氮(NO3--N)为主,占TN浓度的67.3%～91.8%;(4)两站的TN浓度随流量和含沙量变化较小,TP浓度与流量和含沙量均呈正相关关系;(5)华弹站TN、TP年通量在48357～135827和4720～14163 t之间变化,年均值分别为90337和8932 t,向家坝站蓄水前后TN年通量在64232～130966和71675～149647 t之间变化,蓄水后通量总体高于蓄水前,TP年通量在8851～18624和3131～7300 t之间变化,蓄水后通量远低于蓄水前;(6)水库蓄水对出库TN浓度与通量无明显影响,但TP浓度与通量较蓄水前明显降低,其中通量年均滞留率约为67.0%.
  • 洞庭湖主要河口区表层沉积物与河蚬中砷的污染特征及风险评价
    李滨, 王健, 李德亮, 张婷
    2019, 31(03): 667-676.
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    水体砷污染及其健康危害已成为一个备受关注的环境问题.本研究通过测定洞庭湖主要河口区表层沉积物砷含量、河蚬砷及砷形态(亚砷酸盐As(Ⅲ)、砷酸盐As(Ⅴ)、甲基砷酸MMA、二甲基砷酸DMA和砷甜菜碱As B)含量,对表层沉积物砷的潜在生态风险和河蚬食用健康风险进行评价.结果表明,洞庭湖主要河口区表层沉积物砷含量在11.47～61.20 mg/kg之间,其水平分布规律表现为:南洞庭湖>东洞庭湖>西洞庭湖.河蚬砷含量范围为6.36～11.15 mg/kg,各砷形态含量排序为:As B> As(Ⅴ)> DMA> As(Ⅲ)> MMA,各样地间不存在显著性差异.应用潜在生态风险指数法对表层沉积物中砷的潜在生态风险进行评价,各样地的潜在生态风险指数均值为23.09,潜在生态风险程度属于轻微级别.同时,利用致癌风险指数(CR)和危熵系数(HQ)评价经河蚬摄入无机砷给人体带来的潜在健康风险.洞庭湖主要河口区河蚬中无机砷的致癌风险CRiAs值达到了1.36×10-3～3.43×10-3(平均值为2.24×10-3),均显著超过USEPA推荐的可接受风险水平上限值(1×10-4),其危熵系数HQiAs值达到3.01～7.61(平均值为4.98,约为标准值的5倍),说明长期食用当地河蚬具有较高的致癌和非致癌健康风险.本研究结果对于了解洞庭湖沉积物和底栖动物的砷污染现状和风险水平具有重要意义,为该流域的砷污染控制及治理提供科学依据.
  • 大型表面流人工湿地长期运行下底泥污染特性及氧化层甄别
    张雪, 姜翠玲, 朱立琴, 杜观超, 高旭, 陈红卫, 李峰东, 张海阔, 秦文凯, 朱伊梦, 李一平
    2019, 31(03): 677-688.
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    研究湿地底泥污染特性及水-土界面边界层性质是明确大型人工湿地长期运行下底泥内源污染问题的关键.本文以典型人工湿地为例,通过综合布点垂向分层监测湿地底泥理化性质,明确底泥污染特性,分析水-土界面边界氧化层现象、性质及形成机理,探讨其性质成因.结果表明:与湖泊类似,长期运行人工湿地底泥也会产生氧化层,垂向由上到下分为氧化层、污染层、过渡层和健康层;运行6年的湿地底泥可形成厚约1 cm、无明显臭味、棕黄色可塑状的氧化层;与污染层相比,氧化层色味变淡、流动性减弱,含水率、d(0.9)、亚铁、总有机碳和总氮含量分别降低7.20%、54.04%、54.59%、17.89%和7.00%,氧化还原电位和总磷含量分别升高150.41%和18.17%;氧化层是由氧化、沉降协同作用下形成的底泥表层氧化态微环境,其中上覆水溶解氧水平越高越有利于提高氧化层致密程度,降低氧化层有机质、总氮含量,上覆水悬浮物浓度越高、水深越深越有利于增加氧化层厚度.
  • 城镇化流域氮、磷污染特征及影响因素——以宁波北仑区小浃江为例
    高凤, 邵美玲, 曹昌丽, 汪文东, 易辉, 唐剑锋
    2019, 31(03): 689-699.
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    我国快速的城镇化过程造成了河流氮、磷等营养盐的污染和潜在的水体富营养化问题.对城镇流域水体氮、磷污染特征及其演变趋势的识别具有重要意义.本研究选取长三角典型城镇地区宁波市北仑区小浃江流域为研究对象,在流域内根据空间分布、土地利用类型、人类活动强度等情况布设样点,于2017年夏季和冬季采集水样,研究流域水体氮、磷污染的时空分布特征并分析其污染来源和评估其富营养化水平.结果表明:流域内铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N)、总氮(TN)、总磷(TP)和叶绿素a (Chl.a)浓度范围分别为0.63～3.25 mg/L、0.52～3.75 mg/L、0.02～0.22mg/L、1.61～12.86 mg/L、0.02～0.74 mg/L和0.6～60.57μg/L.各个采样点氮、磷分布具有较大的空间异质性和季节变化规律.富营养化综合指数EI评估结果显示,整个流域富营养化程度属于贫至中营养级.氮、磷浓度与土地类型面积占比的Spearman相关性统计表明,100 m缓冲区建设用地面积占比与NH4+-N、NO2--N、TN、溶解氧(DO)浓度具有显著相关性,湿地面积占比与DO浓度呈显著正相关.汇水区域内林地面积占比与NH4+-N、NO2--N、TP、PO34--P、COD、Chl.a浓度呈显著负相关,与DO浓度呈显著正相关.相关性分析和冗余分析表明城镇化的面源污染及可能存在的点源污染是小浃江流域氮、磷污染的主要来源.因此,在小浃江流域100 m范围内,控制建设用地的规模和污染排放是减轻流域氮、磷污染的主要途径.在汇水区域内,增加林地植被的面积对减少氮、磷污染具有重要影响.
  • 巢湖微囊藻毒素异构体组成的时空分布特征及影响因子
    余丽, 朱广伟, 孔繁翔, 李胜男, 史小丽, 张民, 阳振, 许海, 朱梦圆
    2019, 31(03): 700-713.
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    有害蓝藻释放微囊藻毒素(MCs),严重威胁饮用水源地用水安全.为了解巢湖MCs污染状况及其异构体组成对水质的影响,于2012年夏季(8月)和秋季(11月),2013年冬季(2月)和春季(5月)进行采样分析,研究了巢湖水体中胞内微囊藻毒素(IMCs)和胞外微囊藻毒素(EMCs)异构体的时空分布及其与环境因子的关系.结果发现,IMCs和EMCs的平均浓度变化范围分别为0.12～6.45μg/L和0.69～1.92μg/L.在3种常见的异构体中,MC-RR和MC-LR比例较高,MC-YR最低,MC-RR和MC-LR是巢湖水体中MCs的主要异构体类型. IMCs和EMCs的异构体浓度及其比例呈现不同的时空分布特征.微囊藻生物量、水温、总磷浓度是影响IMCs和EMCs异构体浓度及其组成变化的关键环境因子.本研究表明巢湖富营养化严重的西湖区夏季能合成更多的MC-RR异构体,而秋、冬季节偏向于释放生理毒性更强的MC-LR异构体.了解MCs异构体组成变化及其关键影响因素,有助于预测预警水体MCs污染状况和评估饮用水源地MCs风险.
  • 巢湖流域双桥河底泥疏浚对浮游甲壳动物群落结构的影响
    丁瑞睿, 郭匿春, 马友华
    2019, 31(03): 714-723.
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    为研究河流底泥疏浚工程对富营养化河流水生生态系统的影响,选取巢湖双桥河开展为期一年的河流生态监测与调查,对比分析了巢湖双桥河疏浚前和疏浚后的水质指标、浮游甲壳动物群落结构及生物多样性指数.研究发现:底泥疏浚后双桥河水质得到明显改善,其中氮、磷营养盐分别削减48.09%和19.09%;底泥疏浚对浮游甲壳动物群落结构影响显著,疏浚后浮游甲壳动物生物量从1.86 mg/L下降到0.25 mg/L,下降了86.40%;疏浚后生物多样性指数高于疏浚前,且受季节影响较大;浮游甲壳动物与水环境因子相关性研究发现:p H、温度、铵态氮、硝态氮、可溶性氮、总氮和氮磷比对浮游甲壳动物总生物量均有极显著影响.研究结果表明,河流底泥疏浚工程能显著削减水体中氮、磷营养盐,并从一定程度上改善河流浮游甲壳动物群落结构,促进河流水生生态系统向健康、安全的方向发展.因此,对于双桥河这种受城市外源污染影响较大的城市污染型河流,在削减外源营养盐特别是氮输入的条件下,实施底泥疏浚工程可以促进其水生生态系统的修复.
  • 洞庭湖流域湘江铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的重金属富集特征及其膳食风险评估
    桂雨婷, 王健, 余建波, 皮杰, 李德亮
    2019, 31(03): 724-733.
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    洞庭湖流域对湘江湖南段6个城市江段铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)腹足和内脏团的As、Cd、Pb、Cu、Zn、Cr富集量进行分析,运用单因子污染指数法评价其受污染程度,并分别采用平均每周/每月摄入量法和目标危害系数法对其膳食风险进行评估,旨在为湘江流域居民铜锈环棱螺的消费安全提供参考.结果显示,铜锈环棱螺腹足As、Cd、Pb、Cu和Zn的富集量均值分别为0.92、1.65、0.90、13.01和67.62 mg/kg,Cr未检出,As、Cd、Pb和Cu的超标率分别为87.06%、27.06%、24.72%和2.35%.内脏团As、Cd、Pb、Cu、Zn和Cr的富集量均值分别为9.61、3.21、3.75、33.58、169.05和1.23 mg/kg,As、Cd、Pb、Cu和Cr超标率分别为100%、71.76%、65.88%、14.12%和75.8%.所有江段成人As、Cu和Zn的每周摄入量均值和最高值均低于FAO/WHO食品添加剂联合专家委员会(JECFA)提出的暂定每周耐受摄入量参考值(PTWI),但株洲成人Cd的每月摄入量均值超过其每月耐受摄入量参考值,且最大值是其参考值的3.44倍,永州、湘潭地区成人Cd的每月摄入量最大值也分别是其参考值的1.16和1.68倍.所有江段铜锈环棱螺摄入的单一重金属健康风险值除As外均小于1,但多种重金属复合暴露健康风险值均接近或大于1.结果表明,湘江湖南段6个城市江段铜锈环棱螺均受到一定程度的污染,其中衡阳、湘潭和株洲江段较为严重,且各江段铜锈环棱螺内脏团重金属富集量整体上均高于腹足,故当地居民长期食用后存在潜在的健康风险.
  • 山东某新建水库浮游藻类的群落结构特征及其环境驱动因子
    孙文秀, 武道吉, 裴海燕, 韦洁琳, 张莎莎, 王玉婷
    2019, 31(03): 734-745.
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    基于山东某新建水库中2014年4月-2017年12月的浮游藻类和水质监测结果,研究了藻类群落结构特征,采用非度量多维尺度分析了各年份不同季节藻类群落结构的相似性,利用冗余分析探究了藻类群落结构和环境因子的关系.结果表明:尖针杆藻(Synedra acus)、湖泊伪鱼腥藻(Pseudanabaena limnetica)和小球藻(Chlorella vulgaris)为此水库的主要优势藻种.水库藻类群落结构的季节演替不稳定,冬、春季多以硅藻和绿藻占优势,不同年份夏、秋季藻类结构差异较大,蓝藻和硅藻在夏、秋季存在一定的竞争优势.该水库于2013年底开始启用,由于水体环境的波动,藻类群落结构有所变化,整体上是由蓝藻-绿藻-硅藻向硅藻-绿藻-蓝藻变化.水库浮游藻类生长主要受到氮盐和高锰酸盐指数影响,但不同年份的主要环境影响因子存在一定差异.
  • 一株耐冷异养硝化菌的分离鉴定及脱氮特性
    周英萍, 唐美珍, 曹彦雪, 周高洁, 陈娟娟, 马文秀
    2019, 31(03): 746-754.
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    利用异养硝化培养基,冬季从南四湖人工湿地底泥中分离筛选到一株具有较高脱氮性能的菌株Z01.经形态特征、生理生化特性以及16S r DNA序列分析,初步鉴定该菌株为假单胞菌属(Pseudomonas sp.),命名为Pseudomonas sp.Z01.实验探究得到菌株Z01的最佳初始投菌量为7%,最适温度、pH和盐度分别为15℃、6.0～8.0和0.3%,最佳碳源为葡萄糖.在最适生长条件下,通过氨氮去除试验发现该菌株对模拟污水中氨氮的去除率有一定提高,是异养硝化培养基中氨氮去除效率的1.1倍.此外,该菌株对模拟废水中总氮和COD也具有较好的去除效果.研究表明,菌株Z01在冬季污水处理中硝化脱氮具有良好的应用前景和很大的发展空间.
  • 近40年洞庭湖区内湖水面面积变化及其驱动因素
    高耶, 谢永宏, 邹冬生, 侯婷娟, 李正最
    2019, 31(03): 755-765.
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    选择1979-2016年间多时期、多类型、多光谱遥感数据,分析评价洞庭湖区内湖近40年的面积变化.结果表明,最近40年洞庭湖区内湖面积保持相对稳定,丰水期间呈上升趋势,枯水期间波动下降,2016年内湖总面积比1980s初减少3.94%.随着湖泊面积增加,湖泊水面面积变化的比例和幅度逐渐减小,大型湖泊(>10 km2)和中型湖泊(5～10 km2)面积相对稳定,小型内湖(<5 km2)面积变化尤为剧烈.内湖水面面积主要受降雨、蒸发等气候因素和生产生活取水、防洪排涝和退田还湖等人为活动调控. 1980-2000年和2001-2015年两个时期,洞庭湖区多年平均降雨量呈现不同程度的下降趋势,多年平均蒸发量明显上升.三峡工程运行后,三口分流衰减,但水资源需求量不断增长,退田还湖和留蓄雨洪作为水资源使得丰水期间内湖水面面积增长,气候变化和水资源开发利用导致枯水期水面面积趋于减少.有必要加强洞庭湖区内湖的研究和保护,适当退田还湖提高湖泊率,优化三口水系格局,实施河湖水系连通工程,缓解洞庭湖区季节性水资源紧张问题.
  • 巢湖水体二氧化碳浓度时空分布特征及其水-气交换通量
    齐天赐, 肖启涛, 苗雨青, 段洪涛
    2019, 31(03): 766-778.
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    为揭示巢湖水体二氧化碳浓度(c CO2)时空变化特征及其影响因素,2017年2、4、8和11月分别采集巢湖表层水样,测定水样的理化、生物学参数以及c CO2,并以此计算其水-气界面交换通量.结果表明:巢湖表层水体c CO2的变化范围为13.31～55.47μmol/L,年平均值为26.27μmol/L,在空间上呈现出西高东低的分布趋势;在季节上表现为暖季(夏季)低、冷季(春、秋和冬季)高的规律.巢湖表层水体c CO2与溶解性有机碳浓度呈显著正相关,与叶绿素a浓度呈显著负相关,说明有机质分解和光合作用在巢湖CO2生物化学循环过程中占重要作用;同时,南淝河等入湖河流污染严重,输入大量有机和无机碳,对西巢湖水体CO2贡献较大.总体上,巢湖CO2排放量相对较低,巢湖部分区域在冷季(2、11月)表现为CO2的汇.本研究对于明晰富营养化湖泊CO2排放特征以及准确估算全球内陆湖泊碳通量等都具有参考价值.
  • 平原河网地区人类活动对降雨-水位关系的影响——以太湖流域杭嘉湖地区为例
    王杰, 许有鹏, 王跃峰, 王强, 袁甲, 高斌, 项捷, 代晓颖
    2019, 31(03): 779-787.
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    太湖流域快速城镇化、水利工程等一系列人类活动对流域水文过程产生了深刻影响.本文以快速城镇化的杭嘉湖地区为例,基于1961—2014年逐日降雨、水位观测资料,构建了水位涨幅(ΔZ)、水位增长速率(k1)和退水速率(k2)等指标,旨在揭示变化环境下该地区降雨过程中水位的变化特征及可能的驱动因素.结果表明:1)变化环境下杭嘉湖地区近54年降雨量呈微弱的增加趋势,但降雨过程中的水位涨幅呈下降趋势,尤其是平均水位涨幅呈显著下降趋势,且于2000年左右发生明显变化;突变后水位涨幅下降主要集中在10～50 mm/d的降雨过程中,而大于50 mm/d的降雨过程中突变后水位涨幅较突变前有所升高. 2)从空间分布上来看,各站降雨量与水位涨幅存在明显的空间差异,降雨量总体呈增加趋势,增加趋势东强西弱;大部分站点的水位涨幅却呈下降趋势,其中位于区域南部站点的平均水位涨幅下降趋势较东北部更为明显,水位涨幅呈显著下降站点的空间分布与杭嘉湖南排工程等水利工程的分布较为一致. 3)通过对杭嘉湖地区降雨过程中水位增长速率和退水速率的变化分析发现,突变后较突变前退水速率有所提高,说明近年来水利工程等设施的完善和有序调度使得杭嘉湖地区的排洪能力有所提高,该变化可能是导致杭嘉湖地区地区突变后一定强度的降雨过程中水位涨幅下降的主要原因.而杭嘉湖地区强降雨过程中水位涨幅依然较高,可能是该地区洪峰水位居高不下的主要原因.此外,由于该地区近年来起涨水位抬升明显,对洪峰水位的抬升也有一定影响.
  • 基于自相似河网结构的河网消退系数Cs计算方法研究
    臧帅宏, 李致家, 黄迎春, 李巧玲
    2019, 31(03): 788-800.
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    新安江模型河网汇流参数Cs对洪峰模拟影响较大,目前Cs的确定需依赖于大量的历史数据,因此Cs的确定成为无资料地区和资料匮乏区水文模型应用中亟需解决的棘手问题.本文基于参数的物理意义,通过自相似河网结构的假定,构建Cs与河网形态、流域下垫面特征的相关联系,提出基于河链蓄量方程的Cs估算方法,对半干旱、半湿润和湿润地区等不同水文气象分区的11个流域的Cs值进行推算并代入新安江模型中进行模拟,经比较发现,11个流域子流域Cs计算均值与新安江模型率定结果相近,说明该Cs计算方法是合理的.选取陈河、屯溪两个典型流域研究单元流域属性对Cs的影响,由结果可以看出Cs与流域面积、河链数、河宽呈正相关,与单元流域距离出口的远近呈负相关,这表明流域分块后各单元流域Cs值不一致,而新安江模型中采用相同Cs值对不同单元进行调节必然会造成汇流计算的误差.为进一步提高该方法在无资料地区的应用效果,将新安江模型汇流模块修改为每个单元使用对应的Cs计算值进行滞后演算,以陈河和屯溪流域为例采用新安江模型Cs率定值、Cs计算均值以及修改后新安江模型3种不同方案进行模拟比较,从模拟结果可以得出,修改后的模型具有明显优势,将模型参数与下垫面条件建立了联系,模型物理机制提高且参数的独立性增强,对于新安江模型在无资料地区的应用具有重要的指导意义.
  • 基于Copula函数的鄱阳湖水系径流丰枯遭遇多维分析
    吴海鸥, 涂新军, 杜奕良, 张强, 陈晓宏, 谢育廷
    2019, 31(03): 801-813.
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    鄱阳湖流域5大水系来水变化与湖区水文极值事件有密切关系,研究径流变化特征与丰枯遭遇规律对区域防洪抗旱有重要意义.本文运用Copula函数构建了鄱阳湖水系多维径流联合分布模型,采用特枯、偏枯、平水、偏丰和特丰的径流丰枯分类,定量研究了鄱阳湖5大水系丰枯遭遇的问题,探讨了多维丰枯遭遇同步联合概率的变化特征.结果表明:鄱阳湖水系河流之间的径流具有较高的相关性,Gaussian Copula函数能较好地模拟二维至五维的径流联合分布.多条河流的丰枯遭遇随着维数的增加,丰枯组合增加,丰枯同步的联合概率明显下降,且丰枯同步的最大联合概率趋向于丰枯两端.对于相同的概率区间,非汛期径流的丰枯同步联合概率明显大于年径流和汛期径流,而年径流和汛期径流之间的丰枯同步联合概率差别较小.同处于流域北部或南部或相邻的河流之间的组合,其同步联合概率相较其他组合大,而南、北河流组合的同步联合概率相对较小.该研究可为流域水资源管理及水旱灾害预防提供科学依据.
  • 鄱阳湖植食越冬候鸟粪便对洲滩湿地薹草枯落物分解过程及碳、氮、磷释放的影响
    张全军, 张广帅, 万松贤, 刘宇, 夏少霞, 李雅, 许策, 于秀波
    2019, 31(03): 814-824.
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    于2017年1月-2017年6月采用分解袋技术和鸟粪添加试验研究了鄱阳湖湿地植食性越冬水鸟粪便和典型洲滩湿地植物薹草枯落物分解过程中碳、氮、磷释放动态的差异性以及植食性越冬水鸟粪便的加入对鄱阳湖湿地薹草分解过程的影响.结果表明,不同分解时间内薹草枯落物、薹草+鸟粪中薹草枯落物和鸟粪3种样品的干物质损失率和分解速率的差异性都十分显著,其数值都表现为薹草+鸟粪中薹草样品>薹草枯落物样品>鸟粪样品.鸟粪的加入显著加速了薹草分解进程,使其平均分解速率提升了约21.23%. Olson负指数模型模拟预测显示,薹草+鸟粪中薹草、薹草枯落物和鸟粪样品分解完成50%所需的时间依次为259、314和355天,分解完成95%所需的时间大约依次约为3.1、3.7和4.2年. 3种样品碳、氮、磷都表现为净释放模式,其相对回归指数之间差异性也显著.碳相对归还指数都表现为薹草+鸟粪中薹草>薹草枯落物>鸟粪,氮相对归还指数和磷相对归还指数值都表现为鸟粪>薹草+鸟粪中薹草>薹草枯落物.本研究推测鸟粪添加给分解环境带来额外的营养物质,使分解者微生物的数量、种类、活性增加以及鸟粪刺激产生了一系列降解酶,如木质素酶、纤维素酶、蔗糖酶等,胞外酶数量和活性增加,是鸟粪促进薹草分解的关键因素,而样品中初始养分含量以及分解过程碳、氮、磷化学计量比的变化是造成其分解速率和养分释放差异显著的主要原因.
  • 热带水库浮游植物形态性状的季节变化及影响因子分析——以高州水库为例
    徐珏, 顾继光, 杨阳, 肖利娟
    2019, 31(03): 825-836.
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    体积、比表面积和最大轴性长度是浮游植物主要的形态性状,反映浮游植物资源竞争和反牧食能力.群落中物种的性状分布会随着环境条件的季节改变而变化,热带水库环境条件的季节性变化小,可能导致群落形态性状变化不显著.本文以热带大型水库——高州水库为研究对象,分析浮游植物形态性状季节动态及关键影响因子.高州水库浮游植物以丝状和单细胞藻类为主,群落水平的平均细胞体积在108.52～753.25μm3之间,平均比表面积在0.93～2.08μm-1之间,平均最大轴性长度在5.21～17.44μm之间,均有明显的季节特征.浮游植物群落平均细胞体积、最大轴性长度与总氮浓度呈负相关,与水温呈正相关;平均比表面积与硝态氮浓度呈负相关.粘质长孢藻(Dolichospermum mucosa)和光角星鼓藻(Staurastrum muticum)是高州水库浮游植物优势种,其形态性状均具有明显的时空差异,表现出明显的形态可塑性.粘质长孢藻的平均细胞体积、最大轴性长度与总氮浓度呈正相关,与水温呈负相关;平均比表面积与总氮浓度呈负相关,与水温呈正相关.光角星鼓藻的平均细胞体积、最大轴性长度与正磷酸盐浓度呈正相关.总体上高州水库浮游植物在群落和种群水平形态性状均有明显的季节差异,夏季以大细胞为主,其他季节以小细胞种类为主,水温、氮和磷的可利用性是导致浮游植物形态性状季节差异的关键因子.
  • 三峡水库与长寿湖水库鱼类碳、氮稳定同位素特征及营养级的比较
    谢青, 徐勤勤, 王永敏, 孙涛, 樊宇飞, 刘伟豪, 王定勇
    2019, 31(03): 837-845.
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    为探究人为活动对水库鱼类食物来源和营养级关系的影响,选择人为影响程度较低的三峡水库和影响程度较高的长寿湖水库为研究对象,应用碳、氮稳定同位素技术对两个水库鱼类δ13C值、δ15N值和营养级进行比较分析.结果显示:长寿湖水库鱼类δ13C平均值(-22.66‰±1.94‰)与三峡水库(-22.59‰±1.87‰)较为接近,但长寿湖鱼类的δ15N值(13.95‰±3.02‰)显著高于三峡水库鱼类的δ15N值(11.98‰±2.25‰).根据δ15N值计算不同食性鱼类间的营养级,三峡水库营养级为肉食性鱼类>杂食性鱼类>浮游生物食性鱼类>草食性鱼类;而长寿湖中则表现为浮游生物食性鱼类>肉食性鱼类>杂食性鱼类>草食性鱼类,营养级出现了异常现象.这一结果表明,对于人为影响(如人工喂食鱼饲料等)较大的水体,采用δ15N值计算不同食性鱼类间的营养级存在不确定性.
  • 食物质量对盔形溞(Daphnia galeata)和脆弱象鼻溞(Bosmina fa-talis)生活史参数的影响
    欧玉玲, 郭诗元, 陈洁萍, 林秋奇
    2019, 31(03): 846-852.
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    枝角类体内氮磷比与生活史策略的选择密切相关,大型枝角类通常体内含磷量高、个体生长快、生殖率高,而小型枝角类体内含磷量低,个体生长相对较慢、生殖率低.由于大型枝角类对磷的需求比较高,我们假设大型枝角类生活史各参数对食物磷缺乏比小型枝角类更为敏感.本研究比较分析了食物碳磷比对流溪河水库两种枝角类(盔型溞(Daphnia galeata)和脆弱象鼻溞(Bosmina fatalis))生活史各参数的影响.实验设计了3个食物质量处理组:高磷(碳∶磷=105)、中磷(400)和低磷(1450),食物浓度均为2 mg C/L的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa).脆弱象鼻溞内禀增长率、幼溞生长速率、平均每窝产仔量和首次生殖时体长均随着食物碳磷比的升高而显著下降;首次生殖时间则随着食物碳磷比的升高而显著延长;新生幼溞体长在各食物处理中无显著差异.盔型溞幼溞生长速率、平均每窝产仔量和首次生殖时体长均随着食物碳磷比的升高而显著下降;内禀增长率和新生幼溞体长在高磷处理组显著高于中磷和低磷处理组,但在中磷和低磷处理组无显著差异;首次生殖时间在高磷处理组显著短于中磷和低磷处理组,但在中磷和低磷处理组无显著差异.结果表明,食物的磷缺乏降低了两种枝角类的内禀增长率和幼溞生长速率,并延长了性成熟时间;盔型溞的内禀增长率、首次生殖时间和平均每窝产仔量等生活史参数受食物磷限制的程度小于脆弱象鼻溞,导致盔型溞对脆弱象鼻溞有竞争优势.
  • 不同水力调度模式的两座调水型水库轮虫群落结构的比较
    黄珂, 李慧明, 徐少林, 林秋奇, 韩博平
    2019, 31(03): 853-861.
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    为了解水力调度对轮虫群落结构的影响,于2016年8月-2017年7月对调水水源相同而水力调度模式不同的两座水库(直流型水库和中等水力滞留时间水库)的轮虫种类、生物量及环境因子进行逐月观测.两座水库中共鉴定出轮虫37种,常见属为臂尾轮属(Brachionus)、异尾轮属(Trichcerca)、龟甲轮属(Keratella)、三肢轮属(Filinia)和多肢轮属(Polyarthra),它们的种类数分别占直流型水库和中等水力滞留时间水库所检出轮虫总种类数的58%和64%.两座水库轮虫种类虽基本一致,但轮虫优势种(相对生物量大于10%)有较大差异.直流型水库轮虫优势种以角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)、镰状臂尾轮虫(B. falcatus)、裂足臂尾轮虫(B. diversicornis)、剪形臂尾轮虫(B. forficula)、截头皱甲轮虫(Ploesoma truncatum)、尖尾疣毛轮虫(Synchaetidae stylata)和真翅多肢轮虫(Polyarthra euryptera)为主;中等水力滞留时间水库主要以卜氏晶囊轮虫(Asplanchna brightwelli)、裂足臂尾轮虫(B. diversicornis)和镰状臂尾轮虫为轮虫优势种.两座水库Bray-Curtis相异系数为0.42～0.77,表明轮虫群落结构差异较大.冗余分析表明,叶绿素a浓度和温度是影响两座水库轮虫群落结构的重要因素.两座水库轮虫群落结构的Bray-Curtis相异系数与基于叶绿素a浓度和水温的环境欧氏距离呈显著正相关(Ra2dj=0.426,P<0.05).结果表明,虽然具有相同的调水水源,但由于两座水库的水力调度不同,叶绿素a浓度和水温有显著差异,轮虫群落结构趋于相异.
  • 不同密度团头鲂(Megalobrama amblycephala)对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)和密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)群落结构的影响
    王倩红, 刘正文, 甄伟, 张秀梅, 郝征, 莫家勇, 赵雪枫
    2019, 31(03): 862-868.
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    冠层型水草轮叶黑藻在富营养情况下,生长迅速,覆盖水面,对于草甸型水草密刺苦草具有明显的竞争优势.为控制轮叶黑藻的竞争优势,于湖北省鄂州市团头鲂原种场的一个池塘进行了原位围隔(10 m×10 m)实验,研究不同密度(0、0.5和1尾/m2)团头鲂牧食作用对轮叶黑藻和密刺苦草群落结构的影响,并通过无人机数字图像处理获取水草覆盖度信息.实验过程中,沉水植物总覆盖度未发生变化.研究发现,团头鲂选择性牧食使得密刺苦草生物量和覆盖度显著增加.随着牧食强度的加大,团头鲂对轮叶黑藻的控制效果显著,放养密度为1尾/m2的围隔中轮叶黑藻比例降幅最明显.群落中轮叶黑藻与密刺苦草的生物量之比迅速下降,由6.14减少至0.002,覆盖度之比由4.88左右减少至约1.44.图像处理结果与实际采样情况相吻合,且通过误差矩阵得到图像分类平均精度达到90%以上,表明无人机数字图像处理在一定条件下可以作为获取沉水植物覆盖度的一种有效辅助手段.实验结束后,1尾/m2组的围隔中密刺苦草成为优势种,其植株密度、株高、株重和单株叶片数均显著增加,草甸更加密实.实验结果表明,放养1尾/m2密度的团头鲂可以有效控制轮叶黑藻并维持密刺苦草种群优势,结果为团头鲂对湖泊沉水植物群落的控制提供了参考.
  • 云南小江流域典型泥石流沟中底栖动物群落特征及其对河流地貌的响应
    朱朋辉, 潘保柱, 李志威, 蒋小明, 赵娜, 赵耿楠, 何浩然
    2019, 31(03): 869-880.
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    云南小江流域为典型干热河谷区,该区域干热少雨,流域内泥石流沟众多,生态环境十分脆弱. 2017年4月和9月对小江流域的吊嘎河、蒋家沟、蓝泥坪沟、清水沟、陶家小河5条泥石流沟及小江干流开展了系统调查,旨在摸清5条泥石流沟及小江干流河流地貌、水环境及底栖动物群落现状,分析不同河床结构发育程度的泥石流沟间的底栖动物群落差异,揭示底栖动物对反映河床结构发育程度的河流地貌特征参数凹凸度的响应关系.调查期间于5条泥石流沟及小江干流中共采集到底栖动物70种,隶属于4门6纲38科69属,其中环节动物6种,软体动物2种,节肢动物61种,扁形动物1种.从种类类群来看,5条泥石流沟及小江干流的底栖动物物种数、密度、生物量上均以节肢动物占绝对优势,分别占总量的78.0%～92.5%、98.7%～100%、65.0%～100%.从功能摄食类群上来看,5条泥石流沟及小江干流底栖动物密度上均以直接收集者为主,占总量的74.3%～96.3%.回归分析表明,5条泥石流沟中底栖动物物种数、密度及生物量均与河流地貌特征参数凹凸度呈正相关关系,由此可见,发育良好的河床结构在维持河流地貌稳定和改善河流生态方面起着举足轻重的作用.本研究结果可为小江流域山区河流泥石流沟河床结构重建及生态修复提供科学依据.
  • 水位变化对干涸湖底沉积物有机碳矿化的影响
    李典鹏, 姚美思, 孙涛, 刘隋赟昊, 张凯, 贾宏涛
    2019, 31(03): 881-890.
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    人为干扰和气候变化会改变湖泊水位状态,明确不同水位条件下湖泊沉积物有机碳矿化特征及其影响因素,对了解内陆水生态系统碳循环具有重要意义.为探究干旱区典型盐湖沉积物有机碳矿化速率对水位变化的响应,以巴里坤湖干涸湖底原状沉积物为研究对象,初步探究了0 (T1)、-9 (T2)、-23 (T3)、-34 (T4)和-45 cm(T5)水位处理对沉积物有机碳矿化速率的影响.结果表明,T1、T2和T3处理有机碳矿化速率在试验初期较高(0～10 d),10 d后缓慢下降,T4和T5处理有机碳矿化速率呈先增加后降低趋势; T1(1.718μmol/(m2·s))与T3(1.784μmol/(m2·s))处理有机碳矿化速率不存在显著差异,T1处理有机碳矿化速率是T2、T4和T5处理的1.09、3.31和3.57倍,不同处理有机碳累积矿化量表现为T3>T1>T2>T4>T5.有机碳累积矿化量(Ct)占沉积物有机碳(C0)的比例(Ct/C0)介于0.012～0.044之间,沉积物有机碳潜在排放量(Ci)占C0的比例(Ci/C0)介于0.018～0.045之间;水位降低,沉积物有机碳矿化常数(k值)减小,T1处理k值最大(0.137 d),T4处理最小(0.032 d).线性方程Cr=0.008x+0.488能较好地模拟有机碳矿化速率(Cr)与水位(x)的关系;不同水位处理有机碳矿化速率与模拟柱中沉积物5 cm温度呈显著的指数函数关系,T4、T5处理有机碳矿化温度敏感系数(Q10)显著高于T1、T2和T3处理,即水位降低增加了巴里坤湖干涸湖底沉积物Q10.因此,就巴里坤湖干涸湖底沉积物而言,水位从0 cm降至-45 cm时有机碳矿化速率降低,Q10增加;反之水位上升则会促进有机碳矿化分解,Q10降低.水位持续下降抑制有机碳矿化可能是维持干旱区盐湖沉积物碳库稳定的机制之一.