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  • 2019年, 31卷, 第06期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 人工湿地研究现状与展望
    成水平, 王月圆, 吴娟
    2019, 31(06): 1489-1498.
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    自1950s开始系统性研究以来,人工湿地研究日趋深入,也得到了广泛的应用.本文基于文献报道,对人工湿地研究的历程特别是我国的研究进行了分析,分为起步探索、迅猛发展和规范应用三个阶段.梳理了人工湿地的研究现状,主要集中在如何提高脱氮除磷效率、对新兴污染物的去除、人工湿地根区微生物结构与功能以及人工湿地模型四个方面.核心还是提高人工湿地对污染物的去除效率并解释其机理.未来需要长期监测数据支撑的理论实践结合的设计规程;进一步揭示人工湿地的生物过程;建立合理简化的模型,对系统进行准确预测.
  • 镧改性膨润土钝化湖泊中的磷及其生态风险的研究进展
    张巧颖, 杜瑛珣, 罗春燕, 刘正文
    2019, 31(06): 1499-1509.
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    磷的过度输入是湖泊富营养化的关键原因,由于内源(沉积物)磷的释放,即使外源磷输入得到控制,富营养化湖泊的水质仍难以改善.近年来,利用镧改性膨润土(lanthanum modified bentonite,LMB)原位钝化沉积物中的磷,抑制湖泊内源磷释放备受关注.为了更好地理解和应用镧改性膨润土钝化磷技术,本文首先介绍镧改性膨润土的组成和其钝化磷的原理,其次梳理LMB磷钝化技术在富营养化湖泊中的应用效果,再分析影响LMB钝化磷效率的因素,最后阐述LMB在应用过程中可能产生的生态风险;并根据以上分析,提出LMB磷钝化技术应用中需要注意的方面,对该技术的后续研究方向进行展望.
  • 三十年来长江中下游湖泊富营养化状况变迁及其影响因素
    朱广伟, 许海, 朱梦圆, 邹伟, 国超旋, 季鹏飞, 笪文怡, 周永强, 张运林, 秦伯强
    2019, 31(06): 1510-1524.
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    为弄清长江中下游通江/历史通江湖泊富营养化现状、成因及修复策略,对该区域27个大型湖泊和水库开展了4个季度的水质调查,并结合部分湖泊1988-1992年及2008年两个时段富营养化调查成果,分析近30年来长江中下游地区大型湖泊富营养化关键指标变化的特征及其驱动因素.结果表明,目前该区域绝大多数湖泊处于富营养水平,较1980s有明显加重,浮游植物叶绿素a及总磷是最主要的营养状态指数贡献因子;湖泊的富营养化状况与湖泊的江湖连通状况、换水周期等流动性状况、渔业养殖及管理、流域纳污、治理强度等人类活动方式和强度密切相关;与历史调查结果相比,氮、磷的增幅相对较小,而有机质污染程度明显加重、浮游植物叶绿素a浓度大幅增高,表明营养盐之外的其他因素,如水文节律的变化、江湖阻隔、不合理的渔业养殖活动等,对该区域湖泊的富营养化问题加剧、浮游植物生产力增高起到更为重要的作用.因此,从治理途径和策略上来看,增加湖泊的流通性、恢复部分湖泊的自然水文波动节律、优化湖泊渔业管理、提升湖泊流域营养盐的有效截留能力、实施湖泊生态修复工程是控制长江中下游湖泊富营养化、提升区域湖泊生态质量的关键.
  • 1986-2017年太湖出、入湖水量变化分析
    季海萍, 吴浩云, 吴娟
    2019, 31(06): 1525-1533.
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    作为流域内水资源调蓄和调度的中枢,太湖的出、入湖水量格局随着一系列工程、非工程措施的实施已然改变.基于1986-2017年近30年的环湖出、入湖水量资料,采用Mann-Kendall趋势检验法、突变检验法和滑动t检验法,对环湖及地区出、入湖水量变化进行了定性、定量研究,并讨论了产生变化的可能原因.结果表明:1986-2017年,环湖年入湖水量增加趋势显著,在20世纪90年代后期突变增加,年出湖水量增加趋势显著,在21世纪初后期突变增加;多年平均年入湖总量突变后较突变前增加了29.66亿m3,多年平均年出湖总量增加了18.63亿m3;江苏入湖水量增长率、增长贡献率分别为53%和84%,出湖水量增长率、增长贡献率分别为31%和48%;浙江入湖水量增长率、增长贡献率无明显改变,出湖水量增长率、增长贡献率分别为26%和31%;望虞河出入湖增长率最大,但增长贡献率不大;太浦河出湖增长率、增长贡献率无明显变化;出、入湖水量的变化抬升了太湖年平均水位和年最低水位,对年最高水位影响较小;水利工程调度对出、入湖水量的影响逐渐占据主导作用.
  • 新安江对千岛湖外源输入总量的贡献分析(2006-2016年)
    张倚铭, 兰佳, 李慧赟, 刘凤龙, 罗潋葱, 吴志旭, 虞左明, 刘明亮
    2019, 31(06): 1534-1546.
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    运用新安江模型,计算了千岛湖25条主要入湖河流在2006-2016年间的入湖流量,结合同时期入湖河道的逐月水质监测数据,分析了最大入流新安江的营养盐——总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)和高锰酸盐指数(CODMn)总量输入在该时段内的年际变化和季节变化规律,研究了新安江营养盐输入总量变化与新安江水质水量、黄山市人口、GDP和土地利用的关系,探讨了影响新安江营养盐总量的关键影响因素及其对千岛湖水质的影响.结果表明,研究时段内新安江多年平均年入湖水量占千岛湖多年平均年入湖水量的51.4%,占25条主要河流年总入流量的67.3%,新安江CODMn、TP、TN、NH3-N多年平均的输入总量分别为11458.4、214.9、7649.2和756.5 t/a,分别占千岛湖年总负荷的50.7%、34.3%、63.7%和48.4%.各指标的年入湖总量在统计期间均呈上升趋势,且春、夏两季高于秋、冬两季.相关性分析表明,黄山市GDP与新安江CODMn、TN和TP入湖总量呈显著正相关关系,农业面源污染对新安江TN输入总量有显著影响.作为千岛湖最大的入湖河流,新安江营养盐(TP、TN、NH3-N)的输入能显著影响千岛湖的生态系统健康.
  • 修复对湖北洋澜湖富营养化与生态状况的影响:基于大型无脊椎底栖动物的评价
    吴家乐, 甘磊, 刘素霞, 钟萍, 莫家勇, 何小林, 王备新, 何虎, 于谨磊, 杜瑛珣, 关保华, 陈非洲, 刘正文
    2019, 31(06): 1547-1558.
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    大型无脊椎底栖动物是水生态系统的重要组成部分,也是评价生态系统状态的重要指标.本文比较了洋澜湖修复示范工程实施水域(修复区)和未实施水域(未修复区)水质和大型无脊椎底栖动物群落差异,并对湖泊生态状态进行了评价.结果表明,治理后修复区总氮、总磷和叶绿素a浓度显著低于未修复区,修复区透明度显著高于未修复区.共发现底栖动物30种,隶属于3门4纲12科,其中修复区29种,未修复区19种.修复区与未修复区软体动物的平均密度分别为369.3和34.7 ind./m2,平均生物量(湿重)分别为102.9和37.2 g/m2.耐污值指数和多度量指数评价结果显示,修复区生态系统状态优于未修复区.结果表明,结合透明度改善、鱼类控制与沉水植物重建等手段为主的湖泊修复能改善水质和生态状态.
  • 白洋淀超微真核藻的空间分布特征及关键影响因子
    雷瑾, 史小丽, 张民, 李胜男, 陈开宁, 杨州
    2019, 31(06): 1559-1569.
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    超微真核藻个体微小、比表面积大,具有高效的碳吸收速率,对水体初级生产力具有重要的贡献.目前对淡水超微真核藻的认知还非常有限.于2017年5月对白洋淀进行采样调查,结合流式细胞术和高通量测序技术探究了白洋淀超微真核藻群落结构的空间分布特征及关键环境影响因子.结果表明,白洋淀超微真核藻的平均丰度为7.59×104cells/ml,且随着营养水平的升高呈现先增加后降低的变化趋势.回归分析表明,超微真核藻丰度在中营养水平水域主要受溶解性总磷和TN/TP影响,在富营养水域主要与盐度有关.测序比对结果表明在纲水平上白洋淀超微真核藻主要以绿藻纲Chlorophyceae、硅藻纲Bacillariophyceae、中心硅藻纲Coscinodiscophyceae、金藻纲Chrysophyceae为主,不同区域差异不大.但在操作分类单元(Operation Taxonomy Units,OTU)水平上,超微真核藻群落结构在白洋淀不同营养状态湖区存在显著差异,中营养水域主要类群为栅列藻科Scenedesmaceae,近囊胞藻属Paraphysomona sp.,定鞭藻纲Haptophyceae和甲藻纲Dinophyceae为主,而富营养水域主要类群为红球藻科Haematococcaceae,金藻纲的Chromulinale sp.和Chrysophycea sp..Bioenv分析表明,对超微真核藻群落组成影响最大的环境因子是溶解性总氮、溶解性总磷、TN/TP、硝态氮、溶解氧.本研究表明超微真核藻的群落结构存在较明显的环境异质性,对白洋淀水体富营养化状态有很好的指示.
  • 表面流湿地沉积物再悬浮及其对湿地净化效果的影响
    秦文凯, 李一平, 杜观超, 陈红卫, 高旭, 李峰东, 朱立琴
    2019, 31(06): 1570-1581.
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    选取典型表面流人工湿地——盐龙湖人工湿地为研究对象,通过对沉积物理化性质分析,湿地系统水动力模拟,风场与悬浮物(SS)再悬浮浓度关系的拟合及全年再悬浮对湿地净化效果的影响估算,探索表面流湿地沉积物在动力条件下的再悬浮特征及此过程中营养物质的再悬浮量.结果显示:0.3～0.5 m水深沉积物的理论起动流速在18.54～22.62cm/s之间,模拟得到湿地运行过程中水体流速最大值为1.62 cm/s,会远小于理论起动流速值,因此湿地内部流动产生的底部扰动难以形成湿地底泥的大规模再悬浮现象.但湿地内部仍存在一定的底泥再悬浮效应,风场扰动是主要影响因素,风场作用受植物影响显著,萌发期(3-4月)和收割期(11月-次年2月)再悬浮贡献量大于生长期(5-8月)与成熟期(9-10月),并且当风速>4 m/s时再悬浮浓度明显增加.再悬浮浓度与运行水深也有关,0.3 m水深SS再悬浮浓度分别高出0.4 m和0.5 m水深12.48%和18.67%;高锰酸盐指数(CODMn)分别高出12.61%和19.52%;总氮(TN)分别高出248.12%和341.94%;总磷(TP)分别高出35.53%和43.48%.全年SS、CODMn、TN和TP再悬浮量分别达到2.8、0.47、0.15和0.011 kg/m2.
  • 美人蕉(Canna indica)内生细菌促生能力及其强化水体的净化作用
    王晓莹, 张明珍, 严攀, 陈迪松, 王亚芬, 周巧红, 吴振斌, 徐栋
    2019, 31(06): 1582-1591.
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    从美人蕉(Canna indica)植物体内分离内生细菌.通过测定内生细菌产吲哚乙酸(IAA)、铁载体、固氮、溶磷能力筛选出3株内生细菌C01、C16、C20.本试验的目的为评价接种内生细菌能否促进美人蕉种子萌发和幼苗生长,并通过小型浮床水质净化试验,评价接种内生细菌后的美人蕉对水体中营养物质的去除效果.结果表明:C01、C16、C20促进了美人蕉种子的萌发、生长,C16试验组萌发率为83.3%,显著高于对照组31.1%; C16显著提高了植株的株高和根长,分别比对照组高出23.33%、40.44%.水质净化实验阶段,C16试验组总磷、总氮的去除率分别达到88.4%、96.9%,分别比对照组高出26.4%、15.6%.最终,C01、C16试验组生物量、根长都显著高于对照组.C16试验组植株体内可溶性糖含量、可溶性蛋白显著高于对照组317.3%、97.8%.经鉴定,C01为荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens),C16为肠杆菌(Enterobacter sp.),C20为欧文氏菌(Erwinia sp.).
  • 水分条件对藜蒿(Artemisia selengensis)富集湿地土壤重金属的影响
    章萍, 曾宪哲, 王亲媛, 王伟, 吴代赦
    2019, 31(06): 1592-1600.
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    基于鄱阳湖南矶山湿地土壤及藜蒿Cd、As污染风险评价,利用盆栽实验研究水分条件对区域土壤理化性质、砷镉形态及其上生长的藜蒿(Artemisia selengensis)重金属富集能力的影响.结果表明:土壤Cd含量超标,存在生态风险,藜蒿茎中As含量达食品污染限量标准,存在食用风险;藜蒿对Cd、As的富集能力受土壤水分环境影响,水分增加会造成土壤pH与有机质含量上升,抑制藜蒿富集Cd的同时促进富集As.线性回归计算显示土壤有效态As含量与藜蒿As富集量呈显著正相关,可以用来评价藜蒿As富集情况,而土壤有效态Cd含量与藜蒿Cd富集量间无显著相关性.结合区域土壤Cd、As污染情况,适宜控制水分为缺水或旱湿交替条件,可以降低藜蒿等湿地植物中Cd的富集量;适宜控制水分为淹水条件,可以减少土壤Cd、As有效态含量.
  • 三峡库区丰都-忠县段消落带不同高程土壤镉及其形态的分布特征
    钟志淋, 邴海健, 吴艳宏, 祝贺, 王晓晓, 周俊
    2019, 31(06): 1601-1611.
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    镉(Cd)是目前三峡库区消落带主要的污染物之一,其迁移和形态转化直接威胁水环境安全.选择库区丰都-忠县段消落带,按照高程差异分别于不同土地利用类型(农田、林地、果园和村庄)下采集土壤样品,利用化学连续提取法测定Cd的形态组成,探讨影响消落带土壤中Cd及其形态空间分布的关键因素.结果表明,消落带土壤中Cd的平均含量为0.65 mg/kg,可交换态及碳酸盐结合态是土壤中Cd的主要形态,占比达到41.21%,残渣态和铁锰氧化物结合态次之,有机物及硫化物结合态占比最低.不同土地利用类型下消落带土壤Cd的含量整体上不存在显著性差异,表明当地人类活动对土壤Cd的直接贡献较弱.消落带土壤Cd及其形态的含量与高程呈显著负相关,且在160～165 m区域发生明显转变,水位变化导致的泥沙沉积可能是控制消落带Cd空间分布的主要因素.此外,土壤理化性质,尤其是细颗粒泥沙对Cd及其形态分布具有明显影响,将来需重点关注泥沙理化属性对Cd迁移及形态转化的影响.
  • 重金属镉对拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)PSⅡ及能量分配特征的影响效应
    贺新宇, 刘黎, 付君珂, 杨燕君, 米文梅, 施军琼, 吴忠兴
    2019, 31(06): 1612-1622.
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    为了研究重金属镉对藻类光合系统毒性效应及能量分配特征,以拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)为研究对象,分析了不同镉浓度下拟柱孢藻的生长、单位叶绿素a含量、光合系统Ⅱ(PSⅡ)叶绿素荧光及其能量分配模型.结果表明:不同浓度镉培养拟柱孢藻96 h后,0.2 mg/L Cd~(2+)对拟柱孢藻单位细胞叶绿素a含量及PSⅡ活性无显著影响,而0.5mg/L Cd~(2+)培养时拟柱孢藻的单位细胞叶绿素a含量为对照组的62.97%.当Cd~(2+)浓度高于5 mg/L时,拟柱孢藻的PSⅡ活性受到抑制并导致表征量子产额分配的φEo和ψo分别下降了15.35%和13.52%.此外,当Cd~(2+)浓度高于5 mg/L时,藻体PSⅡ能量分配表现为TRO/CSm和ETO/CSm显著减小,DIO/CSm差异不显著,类囊体能量分配表现为ABS/RC、TRO/RC和DIO/RC显著增大,明显区别于0.2、0.5和1 mg/L Cd~(2+)处理组.这些结果表明PSⅡ反应中心是镉对拟柱孢藻光合作用影响的重要作用位点,且Cd~(2+)高于5 mg/L时显著影响了拟柱孢藻PSⅡ反应中心并且抑制了PSⅡ电子传递链供体侧的电子传递,而拟柱孢藻则可能通过改变PSⅡ的能量分配来保护和缓解镉对其光合结构的损伤.
  • 基于贝叶斯方法的贵州高原百花水库水体营养盐变化及评价(2014-2018年)
    袁振辉, 李秋华, 何应, 马欣洋, 韩孟书, 孙荣国, 张华俊
    2019, 31(06): 1623-1636.
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    为了确定百花水库营养盐变化特征,选取百花水库5个监测点2014年1月-2018年7月共28个月份的水质实测数据,分析溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮的年际变化特征.采用基于熵权法赋权的贝叶斯理论对5个监测点的水质综合状况进行评价,并结合水库的实际状况,从生态修复、工业污染源、沉积物中营养盐、水库季节性热分层及农业与生活污染源5个方面对其水质变化的影响因素进行分析.结果表明:2014-2018年水体环境波动较大;除总氮外,各污染指标浓度均有不同程度的下降;综合水质后验概率表明百花水库水质有逐渐变差的趋势;总氮和总磷治理应成为百花水库污染治理的主要方面;生态修复工程的开展和工业污染源的削减是百花水库水质转好的主要影响因素,农业与生活污染源的增加是百花水库水质转差的主要影响因素.
  • 辽河流域太子河大型底栖动物群落与水环境因子关联性的量化分析
    孟云飞, 崔恩慧, 鲁甲, 殷旭旺, 徐宗学, 张远
    2019, 31(06): 1637-1650.
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    大型底栖动物群落结构与水环境因子具有较强的响应关系,为了量化分析大型底栖动物群落水环境因子适宜状态以及响应关系,在太子河进行3次流域水生态调查,共获得136个站位的生态数据,通过筛选得到水环境驱动因子,并利用加权平均回归分析和临界点指示类群分析的方法,探究大型底栖动物群落物种、不同多样性水平以及功能摄食类群水环境驱动因子的最适值和阈值.结果显示,显著影响大型底栖动物群落结构的水环境因子是溶解氧、电导率、总氮.大型底栖动物敏感种的溶解氧最适值较高,耐污种较低;敏感种的电导率和总氮最适值较低,耐污种较高;大型底栖动物群落多样性水平Shannon-Wiener指数(0-1]区间的溶解氧最适值最低,(3-4]区间的溶解氧最适值最高,各Shannon-Wiener指数区间电导率和总氮最适值排序为:(0-1]区间<(1-2]区间<(2-3]区间<(3-4]区间;在5个功能摄食类群中溶解氧最适值最高和最低分别为撕食者和直接收集者,电导率最适值最高和最低分别为直接收集者和过滤收集者,总氮最适值最高和最低分别为直接收集者和刮食者.大型底栖动物敏感种的溶解氧阈值高于耐污种类群与其他物种,而敏感种的电导率和总氮阈值低于耐污种和其他物种;大型底栖动物群落多样性水平Shannon-Wiener指数(0-1]区间与溶解氧阈值呈负响应关系,而与电导率和总氮阈值呈正响应关系,(1-2]区间、(2-3]区间、(3-4]区间与溶解氧阈值呈正响应关系,而与电导率和总氮阈值呈负响应关系;溶解氧指示的大型底栖动物功能摄食类群为撕食者,且呈正响应关系,而电导率和总氮指示的功能摄食类群都包括过滤收集者、刮食者、撕食者,且呈负响应关系,其中刮食者的电导率和总氮阈值均最高.研究表明,通过分析大型底栖动物群落水环境因子的最适值和阈值,能以数据的形式量化反映大型底栖动物群落与河流水环境因子的响应关系,对河流生态环境的保护和修复具有重要的指导意义.
  • 不同水位和竞争模式对典型湿地植物生态化学计量特征的影响
    李旭, 于洁, 李峰, 胡聪, 曾静, 侯志勇, 谢永宏, 陈心胜
    2019, 31(06): 1651-1661.
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    以洞庭湖典型湿地植物辣蓼为目标植物,短尖苔草为邻近植物,通过控制实验研究不同水位(30、0和-30 cm)和竞争(无竞争、全部竞争、地上竞争和地下竞争)模式下目标植物生长及生态化学计量特征的变化.结果表明:水位处理显著影响不同竞争模式下的生物量积累,辣蓼生物量随水位增加显著降低;-30 cm水位无竞争模式下生物量最大,为10.84±1.52 g.在30 cm和0 cm水位梯度下,不同竞争模式下的生物量间无显著差异.但-30 cm水位下,地下竞争模式下的辣蓼生物量积累较全竞争模式和地上竞争模式下显著增多,说明非胁迫条件下,辣蓼和苔草的竞争以地上竞争为主.水位处理对辣蓼叶片、茎和根的氮、磷含量影响显著,30 cm水位下,叶片氮、磷含量显著高于其他水位下的含量.在-30cm水位下,叶片C∶N和C∶P显著高于其他水位下的比值,分别为48.08±3.85、590.3±43.4.相比于对照处理(无竞争),竞争作用下的辣蓼总氮含量降低,而C∶N值增加,N∶P值降低,这可能是因为竞争作用导致辣蓼对氮的吸收减少所致.
  • 基于长时间序列水位数据的长江下游菜子湖候鸟越冬期水位特征
    刘学文, 李红清, 杨寅群, 仲夏, 吴师, 江波
    2019, 31(06): 1662-1669.
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    湖泊生态水位过程对维持湖泊生态系统结构、过程和功能的完整性具有重要意义,也是当今湖泊科学领域面临的重要科学问题.基于菜子湖湖区水位站(车富岭水位站) 1956-2018年日水位资料,采用pettitt突变检验法分析水位的突变性特征.结合年保证率法得到菜子湖车富岭水位站低水位值,并在此基础上分析了低水位发生时间及历时、候鸟越冬期水位变化速率及其生态水位的区间阈值.主要结论有:菜子湖车富岭水位站1956-2018年年均水位无显著突变.菜子湖车富岭水位站低水位发生时间均值为年内的344 d,年际标准差为27 d,低水位的年均历时为69 d,标准差为49 d,有6年(1978、1997、2015-2018年)未发生低水位事件.菜子湖候鸟越冬期水位变化速率的均值为-0.009 m/d,年均值为-0.034～0.009 m/d,日均值为-0.051～0.016 m/d.菜子湖低水位发生时间的区间阈值为332～351 d,历时的区间阈值为33～98 d,变化速率的区间阈值为-0.070～0.020 m/d.加强菜子湖候鸟越冬期湿地生境保护适应性调度试验研究及生态环境监测,为菜子湖输水水位优化控制和菜子湖湿地生态保护提供科学依据.
  • 太湖不同生态型湖区枝角类组成和丰度长期变化的差异性
    程龙娟, 姚书春, 薛滨, 李玲玲, 刘金亮
    2019, 31(06): 1670-1684.
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    枝角类作为淡水湖泊生态系统中的初级消费者之一,对生存环境的改变极为敏感.本文分析了太湖西、中和东部等湖区的钻孔沉积物、表层沉积物以及春夏秋季活体枝角类的组成与丰度.结果表明:活体枝角类组成以象鼻溞(Bosmina spp.)为优势种,秋季枝角类属种数量最多.太湖不同生态型湖区表层沉积物枝角类组成均以象鼻溞为优势种,其中西部与中心湖区的枝角类组成与丰度较为相似,种类单一,枝角类绝对丰度高;东部湖区枝角类属种较为丰富,绝对丰度低,优势种由浮游种象鼻溞以及沿岸种圆形盘肠溞(Chydorus sphaericus sl)和西方笔纹溞(Graptoleberis testudinaria)等种属构成.百年以来,太湖枝角类组成与丰度随着营养水平增加而改变,富营养指示种(Bosmina longirostris)丰度的增加与贫营养指示种(Bosmina longispina)丰度的下降,响应了湖区生态环境的演变过程.1970s末期,太湖西部与中心湖区在进入富营养化阶段,枝角类组成单一,象鼻溞占有绝对优势,与东部湖区相比,沿岸种、底栖种稀少.东部湖区在1960s以后,枝角类属种数量增加,但丰度下降,响应了1960s以来该区域营养水平提高、沉水植被生物量增加以及沼泽化加剧的环境过程.
  • 基于CMIP5模式鄱阳湖流域未来参考作物蒸散量预估
    刘子豪, 陆建忠, 黄建武, 陈晓玲, 张玲, 盛颖东
    2019, 31(06): 1685-1697.
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    预测未来气候情境下鄱阳湖流域参考作物蒸散量(Reference crop Evapotranspiration,ET0)的时空分布可为流域水资源的优化管理,为科学应对气候变化对农业生产的影响提供基础数据支撑.利用鄱阳湖流域14个气象站点1961-2014年逐日气象数据,采用Penman-Monteith公式计算出历史ET0;基于同期美国环境中心(NCEP)再分析数据及2006-2100年CMIP5中CNRM-CM5模式在RCP4. 5和RCP8. 5情景下的预测数据,经统计降尺度模型(statistical downscaling model,SDSM)模拟和偏差校正,预测流域未来ET0;通过Mann-Kendall检验、普通克里金插值和空间自相关法分析了流域1961-2100年ET0的时空演变特征.结果表明:NCEP再分析资料与流域ET0建立的逐步回归降尺度模型模拟效果较好,CNRMCM5模式降尺度模拟结果经偏差校正后,精度明显提高,适宜流域未来ET0的预估.鄱阳湖流域在基准期1961-2010年ET0整体上呈减小趋势,空间分布上呈南北高、中间低的特点,表现出明显的空间差异性.RCP4.5、RCP8.5情景下未来3个时期鄱阳湖流域ET0较基准期均呈不同程度的增加趋势,其空间分布整体表现为东高西低、局地略有突出;无论是在基准期或是未来情景下的3个时期,ET0均具有较强的空间自相关性.在RCP8.5情景下,鄱阳湖1961-2100年干旱指数呈现出较为明显的上升趋势,流域的干旱状况随时间加剧,2011-2100年间流域绝大部分地区由湿润区转为半湿润区,干旱指数自南向北递减,赣江流域将是鄱阳湖流域未来干旱风险的重点防范区.
  • CLM4-LISSS模型对太湖多时间尺度水热通量模拟性能的评估
    荆思佳, 肖薇, 王伟, 刘强, 张圳, 胡诚, 李旭辉
    2019, 31(06): 1698-1712.
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    湖泊模型为数值天气预报模型提供热量通量、水汽通量和动量通量等下边界条件,但是不同时间尺度上湖泊水热通量变化的控制因子不同,因此有必要对湖泊模型进行多时间尺度上的离线评估.本文利用2012-2016年太湖中尺度通量网避风港站的气象资料和辐射数据驱动CLM4-LISSS模型(Community Land Model version 4-Lake,Ice,Snow and Sediment Simulator),并与涡度相关观测(Eddy Covariance,EC)结果进行对比,以年平均潜热通量模拟结果最佳为目标调整了模式中的消光系数、粗糙度长度方案,研究了该模型从半小时到年尺度上对湖表温度和水热通量的模拟性能.结果表明:模型对湖表温度的模拟在各时间尺度上均比较理想,但是模拟的日较差较小;从半小时到年尺度上潜热通量的变化趋势都能被很好地模拟出来,但在季节尺度上,潜热通量的模拟出现了秋冬季偏高、春夏季偏低的情况,季节变化模拟不准确.湖表温度和潜热通量模拟偏差的原因可能是消光系数的参数化方案.相比之下,感热通量尽管年际变化趋势的模拟值与观测值一致,但是从半小时到年尺度均被高估.特别地,冷锋过境期间,模型能较好地模拟出潜热通量和感热通量的变化趋势,但对于高风速条件下的感热通量模拟效果不佳.本文的研究结果能为湖泊模式的应用与发展提供有用信息.
  • 三峡水库175 m试验性蓄水期调度运行对洞庭湖蓄水量变化的影响
    付湘, 赵秋湘, 孙昭华
    2019, 31(06): 1713-1725.
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    长江干流与洞庭湖存在复杂的并联型分汇关系,当三峡水库调度改变长江径流过程时,会引起洞庭湖年内槽蓄量的变化,对于洞庭湖地区防洪、水资源配置和水环境保护产生显著的影响.本文建立了枝城至螺山站的荆江-洞庭湖水流模型,利用2008-2017年的三峡水库实际调度日数据,分析有、无三峡水库调度两种情况下洞庭湖槽蓄量的变化过程,同时利用建库前和近期的水位流量关系反映河道过流能力,分析了河道调整的影响.结果表明:由河道调整引起的槽蓄量变化在汛前消落期、汛期、汛末蓄水期和枯水期分别为-3.06%、0.12%、-0.01%和-13.31%.有三峡水库影响情况下,汛前消落期由于荆江"三口"进入洞庭湖的多年平均总径流增加23.94%,洞庭湖出口处城陵矶多年平均水位升高0.53 m,阻碍了洞庭湖出流,洞庭湖多年平均槽蓄量增长13.30%;汛期由于荆江"三口"分流量减少3.54%,城陵矶水位降低0.02 m导致出湖流量增多,因此洞庭湖多年平均槽蓄量减少0.20%;在汛末蓄水期,荆江"三口"分入洞庭湖的多年平均总径流量减少37.18%,城陵矶多年平均水位降低1.33 m,导致出湖流量增多,因而洞庭湖多年平均槽蓄量减少27.74%;在枯水期,荆江"三口"多年平均总径流量增加5.61%,城陵矶多年平均水位上升0.07 m,最终洞庭湖多年平均枯期槽蓄量增加2.96%.
  • 黄河尾闾段一维耦合水沙数学模型研究及其应用
    杨卓媛, 夏军强, 周美蓉, 万占伟
    2019, 31(06): 1726-1737.
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    小浪底水库于1999年运用以后,该河道经历了长时间持续冲刷过程.为掌握小浪底水库运用后黄河尾闾段洪水演进特点及河床冲淤规律,采用一维水沙数学模型研究是一条重要的途径.本研究首先采用浑水控制方程,建立了一维耦合水沙数学模型,并利用2003年利津-西河口段汛期实测水沙及汛前断面地形资料对该模型进行率定,计算的流量、水位及含沙量等过程与实测值吻合较好;然后采用2015年利津—汊3段汛期实测资料对该模型进行验证,结果显示水位与冲淤量计算值与实测值较为符合;最后基于2015年实测洪水过程,计算了若干组不同断面间距下的洪水演进及冲淤过程,分析了不同断面间距对沿程水位及河段冲淤量等计算结果的影响,结果表明:采用不同断面间距对水位计算结果影响较小,而对冲淤量计算结果会产生一定影响;在河段水沙及冲淤特性复杂的情况下,采用一维数学水沙模型计算时应考虑断面间距的选择.
  • 柴达木盆地尕斯库勒盐湖地表水-地下水的转化与铀的补给通量
    韩积斌, 许建新, 徐凯, 钟翼, 秦西伟, 马海州
    2019, 31(06): 1738-1748.
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    流域范围内地表水和地下水转化对盐湖成盐元素的运移和富集具有十分重要的意义.本文通过尕斯库勒盐湖盆地内流域水体的水化学和B同位素特征识别了地表水和地下水之间的定量转化关系,在此基础上估算了流域中铀的补给通量.结果表明,流域水体中离子的分异除了蒸发浓缩作用之外,还受重力分异及掺杂作用的影响;上游库拉木勒克萨伊河和阿特阿特坎河水体在出山口附近转入地下并在中游补给地表水和地下水,其补给率分别占48.8%和51.2%,年均补给量分别为1.08×108和1.13×108m3/a;在中游至尾闾盐湖段,阿拉尔河和侧向补给对盐湖卤水的补给率占55.2%,深部水体的补给占44.8%;至少从5.7 ka以来,上游水体对盐湖卤水中铀的补给通量为4.11×103t,在湖积平原黏土沉积带以及祁漫塔格山前局部还原带可能具有较大规模的铀矿.研究结果有助于建立盐湖盆地水循环模式、揭示卤水资源形成机制;同时为尕斯库勒盐湖盆地水资源的高效利用和寻找铀矿提供理论依据和技术支持.
  • 青海湖泉湾镭同位素的空间分布与沿岸地下水排放评价
    苏维刚, 沙占江, 孔凡翠, 王求贵, 马茹莹, 刘磊
    2019, 31(06): 1749-1757.
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    青海湖是青藏高原的重要组成部分,它是维系青藏高原东北部生态安全的重要水体.其沿岸地下水的排放直接影响了青海湖的水文生物地球化学过程,然而对该问题的研究仍然不充分.本研究于2014年对青海湖泉湾湖水、河水和地下水进行223Ra和224Ra活度的测定分析,并对泉湾湖水水平向和垂直向的Ra活度分布进行深入分析,最后估算并探讨了泉湾水体的停留时间和布哈河口沿岸地下水的排放通量.表层湖水、河水、地下水不同端元的水体223Ra和224Ra活度值分别为0.441和0.026 dpm/100 L、0.22和0.016 dpm/100 L以及0.061和1.30 dpm/100 L,最高值为地下水,其次湖水,河水最小;总体上泉湾湖水223Ra和224Ra活度随离岸距离增加分别由0.047到0.011 dpm/100 L和1.4到0.2 dpm/100 L的减小,垂向上Ra活度呈楔形分布,Ra活度在不同方向上的非保守性分布主要受到悬浮颗粒物解析的影响;通过水体滞留时间模型计算获得青海湖泉湾水体的平均停留时间为1.8天,进一步分析泉湾水体Ra的源汇项,应用镭同位素质量平衡模型获得泉湾布哈河口沿岸地下水排放通量为0.054～0.109 m3/(m2·d).
  • 海南东部小海潟湖沉积物地球化学特征及对古台风活动的指示
    游爱华, 薛积彬, 谢露华, 程嵘, 魏志强, 钟巍
    2019, 31(06): 1758-1769.
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    为探讨海南东部历史时期的气候环境变化,2015年于海南岛东海岸小海潟湖中采集了一根长73 cm的柱状样(XH15-02),在年代学(210Pb和AMS14C)测试的基础上,开展了多环境代用指标(总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳稳定同位素、干密度等)的测试和分析.结果表明,XH15-02柱状样TOC与TN含量有很好的相关性,C/N比值在10.41～23.33之间变化,有机碳稳定同位素(δ13Corg)值在-25.14‰～-23.29‰之间.通过对多气候环境代用指标的分析,以及与历史文献资料和其他自然代用指标的综合比对,认为XH15-02孔岩芯沉积记录了研究区过去1100多年来较为丰富的气候环境、台风活动以及人类活动影响等信息.近千年来,小海潟湖沉积有机物主要以陆源输入为主,据估算该岩芯有机碳陆生来源约占47.00%～73.43%,但在不同时期变化幅度较大,该陆源有机碳含量变化可能主要反映了历史时期海南东部地区的干湿变化历史;自1850年以来,XH15-02孔岩芯沉积通量的显著增加与当地人口的快速增长历史一致,反映了研究区近二百年来可能受到的人类对自然界的开发活动影响强烈;多个具有显著偏正δ13Corg记录的时期同史料记载以及周边区域地质记录中的"大风"、"海溢"、"风暴"等事件发生时间较为相近,可能揭示了历史时期的台风或高海平面事件,进而认为小海潟湖沉积在重建历史时期海南地区台风活动等方面具有很大潜力.
  • 1850年以来呼伦湖沉积物无机碳埋藏时空变化
    张风菊, 薛滨, 姚书春
    2019, 31(06): 1770-1782.
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    湖泊沉积物碳埋藏及其驱动机制是陆地生态系统碳循环及全球变化研究的热点问题之一,但以往湖泊碳循环的研究大多局限于有机碳,较少考虑无机碳的地位和作用.我国干旱-半干旱地区湖泊众多、无机碳储量丰富,在区域碳循环过程中的作用日益突出,因此探讨这些地区湖泊沉积物无机碳埋藏变化对深入理解区域碳循环具有重要意义.本研究通过对内蒙古高原呼伦湖15个沉积岩芯样品无机碳含量(TIC)的测定,结合沉积岩芯210Pb、137Cs年代标尺,分析了1850年以来呼伦湖无机碳埋藏速率时空变化,并揭示了影响呼伦湖无机碳埋藏的主要因素.结果表明,1980s之前,呼伦湖无机碳含量总体维持在相对稳定的低值,1980s之后开始快速增加,且近百年来呼伦湖平均无机碳含量在不同湖区差异不显著.1850年以来呼伦湖无机碳埋藏速率变化范围约为7.10～74.29 g/(m2·a),平均值约为36.15 g/(m2·a),且大体上可分为3个阶段,即1900s以前相对稳定的低值阶段、1900s-1950s期间的快速增加阶段以及1950s以来的波动增加阶段,各阶段无机碳埋藏速率平均值分别约为10.40、26.29和41.00 g/(m2·a).空间上,呼伦湖无机碳埋藏速率整体表现为中部高、南北两端低的分布格局,这可能与湖心水动力条件相对稳定,有利于碳酸盐沉积有关.此外,呼伦湖无机碳埋藏速率与湖区温度变化呈显著正相关,而与周边人类活动影响关系不明显,表明在未来全球变暖背景下,呼伦湖无机碳埋藏速率将进一步增加,湖泊在区域碳循环中的作用将更加显著.
  • 青海湖湖滩岩的岩石学特征及其形成机制
    陈骥, 姜在兴, 张万益, 刘超, 许文茂
    2019, 31(06): 1783-1796.
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    以青海湖的湖滩岩为研究对象,通过显微镜观察、扫描电镜、矿物阴极发光性观察和电子探针等分析方法研究了湖滩岩的岩石学特征和形成机制.湖滩岩胶结物主要由暗色纹层和文石针组成,识别出五类胶结物晶体和三类胶结物组构.在暗色纹层中,有发现包覆式和缠绕式生长的微生物.微生物对泥晶方解石和黏土矿物起着生物稳定化作用(障积作用、捕获作用和粘结作用).微生物生长过程中的新陈代谢影响了碳酸盐的溶解度,从而导致产生碳酸盐矿物在微生物席内的丝状体之间或沿着丝状体的沉淀作用.从研究湖滩岩胶结物垂向上和横向上的变化规律入手,发现胶结物的类型和组构与水深、温度、盐度、水动力条件有一定关系.破浪带和碎浪带的水深、温度、盐度适宜,为微生物作用最强的水动力带.通过对青海湖湖滩岩中的微生物作用特征及其发育模式的研究,认为湖滩岩中胶结物的形成受到微生物作用的影响较大,从而支持了微生物作用对碎屑岩早期成岩具有重要意义的假设.