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  • 2020年, 32卷, 第03期
    刊出日期：2024-06-19
      
  • 全选
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  • 全球变化下青藏高原湖泊在地表水循环中的作用
    朱立平, 彭萍, 张国庆, 乔宝晋, 刘翀, 杨瑞敏, 王君波
    2020, 32(03): 597-608.
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    青藏高原是地球上最重要的高海拔地区之一,对全球变化具有敏感响应.青藏高原作为"亚洲水塔",其地表水资源及其变化对高原本身及周边地区的经济社会发展具有重要的影响.然而,在气候变暖的情况下,构成高原地表水资源的各个组分,如冰川、湖泊、河流、降水等水体的相变及其转化却鲜为人知.湖泊是青藏高原地表水体相变和水循环的关键环节.湖泊面积、水位和水量对西风和印度季风的降水变化非常敏感,但湖泊面积和水量变化在不同区域和时段的响应也不尽相同.湖泊水温对气候变暖具有明显响应,湖泊水温和水下温跃层深度的变化能够对水—气的热量交换具有明显影响,从而影响了区域蒸发和降水等水循环过程.由于湖泊水量增加,高原中部色林错地区湖泊盐度自1970s以来普遍下降.根据60多个湖泊实地监测建立的遥感反演模型研究发现,2000—2019年湖泊透明度普遍升高.对不同补给类型的大湖水量平衡监测发现,影响湖泊变化的气象和水文要素具有较大差异.在目前的暖湿气候条件下,青藏高原的湖泊将会持续扩张.为了深入认识湖泊变化在青藏高原区域水循环和气候变化中的作用,需要全面了解湖泊水量赋存及连续的时间序列变化,需要深入了解湖泊理化参数变化及对湖泊大气之间热量交换的影响,需要更多来自大湖流域的综合连续观测数据.
  • 三峡水库近坝段水面漂浮物对水质的影响
    张馨月, 高千红, 闫金波, 纪道斌, 罗玉红
    2020, 32(03): 609-618.
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    每年汛期与蓄水期三峡水库近坝段水域会有大量漂浮物聚集,为探索三峡水库近坝段水域(坝前及以上约12.7km长的河段)水面漂浮物对水质的影响,2018年开展了漂浮物覆盖水体水质跟踪监测和漂浮物浸泡试验,并以20142018年的漂浮物产量和近坝段水域水质监测数据为基础进行了相关分析与回归分析.结果表明:漂浮物会提高坝前覆盖水体的氮类营养盐水平和有机污染物浓度,引起河湾漂浮物覆盖水域氨氮(NH3-N)浓度升高,致使氮类营养盐组成的变化和由于高锰酸盐指数/总有机碳比值(COD_(Mn)/TOC)的差异变化对水体产生有机污染.除NH_3-N外,坝前水域受漂浮物影响程度大于河湾区域,漂浮物对河湾水质的影响在蓄水期更为明显,漂浮物覆盖水体垂直方向上2 m内水质因子无明显分层现象;相比综合类漂浮物,植物类漂浮物对水质的影响更迅速和明显;漂浮物仅在其覆盖的水体小范围内对氮类营养盐指标造成影响,漂浮物产量的增加会增大近坝段水域水体悬浮物、有机污染物和还原性无机物质(COD_(Mn))浓度,形成一定的影响规律.因此,合理布置清漂作业点,高效及时地开展漂浮物清理工作,短期内优先打捞植物类漂浮物,合理实施水库调度以减少漂浮物聚集量与缩短滞留时长,加强漂浮物影响水体的水质监测对近坝区河段水环境保护意义重大.
  • 基于熵值—环境基尼系数法的平原河网区污染物总量分配
    程一鑫, 李一平, 朱晓琳, 施媛媛, 朱雅, 潘泓哲, 徐芸蔚, 程月
    2020, 32(03): 619-628.
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    为制定科学合理的水污染物总量控制方案,以典型平原河网地区——张家港市为例,构建与人口、资源、经济和水污染物承受能力相协调的单因子环境基尼系数模型,并通过贡献系数判断引起不公平的主要污染物分配单元.利用熵值—环境基尼系数最小化模型,确定张家港市各乡镇基于多元公平性原则的氨氮总量分配方案.结果表明:在水污染物总量分配过程中,污染物削减比例的大小和污染物现状排放量之间并不具有一致性,最终的分配方案要综合考虑多方因素确定.本研究构建的熵值—环境基尼系数最小化模型综合考虑了研究区域社会、经济、资源等多种客观因素,对于平原河网地区,由于其特殊的地理位置和自然条件,人口、资源等分布相对比较均匀,故基于该模型所得到的分配方案充分表现了多元公平性原则,更公平合理.
  • 太湖流域浙江片区出入境水量、水质及污染物通量
    朱昕阳, 蒋彩萍, 马晓雁, 周柯锦, 贾佳, 全炳迁, 江蓝, 许娟娟, 王鹏
    2020, 32(03): 629-640.
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    太湖流域浙江片区受工业和城市废水以及农田地表径流等人为因素的影响,污染问题日益严重,根据2013年的水文巡测以及水质监测资料,分析了太湖流域浙江片区出入境水量和高锰酸盐指数(COD_(Mn))、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)等水质指标的出入境通量及其时空分布.结果表明,2013年太湖流域浙江片区出入境水量以出境为主,出入境断面的首要污染物是TN,其平均浓度在各出入境断面均处于Ⅴ～劣Ⅴ类水平,COD_(Mn)、NH_3-N和TP的平均浓度总体上达到Ⅱ～Ⅲ类标准.4种污染物的出入境通量均以出境为主,研究区域北部是污染物的主要入境断面,东部是污染物的主要出境断面.净出境水量是影响污染物净出境通量的关键因子,出入境断面水质是净出境通量的主要影响因子.源头控制农业面源污染、将工业废水和城镇生活污水处理达标后排放是减轻太湖流域浙江片区水体污染的关键,是太湖流域水体污染控制和治理的主要措施.
  • 洞庭湖支流枯水期表层水和沉积物中氯苯甲醚类化合物分布特征与生态风险
    黄洁钰, 任敏, 赵高峰, 王晓燕
    2020, 32(03): 641-653.
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    环境中的氯苯甲醚类化合物(chloroanisoles,CAs)主要来自于氯酚类化合物及其他结构相似的氯代烃.在我国洞庭湖血吸虫疫区,五氯酚作为灭螺剂施放对周围环境造成了CAs污染.运用气相色谱质谱联用方法测定洞庭湖支流(澧水、藕池河和沱江)表层水和沉积物中的CAs,并分析其分布特征与生态风险.结果显示:(1)水体是CAs的主要赋存介质.三支流表层水中CAs体现出显著差异性,污染水平由大到小为澧水>藕池河>沱江,三者总CAs浓度分别为18.94、8.83和4.14 ng/L;在3支流中沉积物中的总CAs无明显差异,分别为2.86、3.61和4.07 ng/g.(2)澧水表层水和沉积物中高氯取代CAs(三氯苯甲醚、四氯苯甲醚和五氯苯甲醚)为主要污染物(分别占73.75%和68.89%);藕池河表层水中低氯取代CAs(一氯苯甲醚和二氯苯甲醚)占比相对较高(48.59%),而沉积物中以高氯取代CAs为主(93.38%);沱江表层水和沉积物中占比较高的CAs为一氯苯甲醚,分别占28.26%和75.56%.(3)空间分布上,从上游到下游澧水表层水中CAs浓度呈现波动下降的趋势,而沉积物中呈上升趋势;藕池河表层水中CAs呈现波动下降的趋势,沉积物中无明显变化趋势;沱江表层水和沉积物中一氯苯甲醚呈波动上升趋势,其他CAs有波动但无明显趋势.(4)研究区水中的五氯苯甲醚浓度远低于报道的鱼类和无脊椎动物的五氯苯甲醚急性半数致死浓度,目前不会对水生生物造成太大影响,但其对人类健康和环境的潜在风险不可忽视.
  • 白洋淀表层沉积物中有机氯农药和全多氯联苯的分布特征及风险评估
    许妍, 陈佳枫, 徐磊, 刘雨薇, 谢立莹, 王之卓, 金苗, 陈宇炜
    2020, 32(03): 654-664.
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    为了解白洋淀表层沉积物中有机氯农药(OCPs)和多氯联苯(PCBs)的污染情况,采用改进的GC-μECD方法对白洋淀11处沉积物进行了20种OCPs和全部209种PCB单体的定量检测和分析.结果显示:白洋淀11个沉积物样品共检出10种OCPs和24种PCBs,∑OCPs和∑PCBs的含量范围分别为1.22～52.45 ng/g(DW)和nd～37.61 ng/g,在国内处于中等水平; OCPs组成中以HCHs和Dieldrin(狄氏剂)为主,分别占到∑OCPs的39.9%和31.5%,其中7个采样点的HCHs以林丹输入为主,4个采样点以工业六六六污染为主.DDTs检出率较低,来源主要为历史残留;检出的PCB单体以低氯联苯为主,其中一氯、二氯和三氯联苯占∑PCBs的64.73%;采用沉积物质量标准法进行生态风险评估,结果表明白洋淀地区沉积物中p,p'-DDD和∑PCBs生态风险较低,Dieldrin生态风险尚需关注,γ-HCH生态风险较高,不容忽视.
  • 洪泽湖入湖河流沉积物有机磷分布特征及外源输入对其形态转化的影响
    韩年, 袁旭音, 周慧华, 朱海, 熊玉婷, 陈耀祖
    2020, 32(03): 665-675.
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    为探究洪泽湖入湖河流沉积物有机磷的空间分布及外源输入对其形态转化的影响,本文利用Ivanoff法开展有机磷形态特征研究,并通过实验室添加常见外源有机质和铁离子,深入探讨外源物质对沉积物有机磷形态变化的长期影响.研究结果表明,洪泽湖入湖河流沉积物有机磷含量范围为34.8～398.6 mg/kg,占总磷的7.7%～36.9%,其中非活性有机磷(NOP)>中活性有机磷(MLOP)>活性有机磷(LOP).濉河沉积物LOP平均占比为19.4%,高于其他河流,而成子河NOP平均占比最高,为56.41%,表明有机磷的空间分布不均匀.总体而言,安河和濉河沉积物中总氮、总磷和有机磷含量显著高于成子河和淮河,显示前两条河流有较高的污染水平.冗余分析表明河流沉积物有机磷形态明显受到其理化性质影响,而不同污染程度沉积物的影响因素有所不同.外源物质添加能够活化沉积物的有机磷,促使NOP向LOP和MLOP转化,有机质输入引起的沉积物有机磷形态变化要大于铁元素输入,而外源物质输入对污染较重河流沉积物的有机磷转化作用更为显著.因此,减少入湖河流周边的外源污染排放是减少湖泊生物可利用磷的有效途径.
  • 贵州红枫湖近10年来(2009—2018年)水质变化及影响因素
    曾华献, 王敬富, 李玉麟, 陈敬安, 金祖雪, 贺康康, 杨小红
    2020, 32(03): 676-687.
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    为更好地研究贵州红枫湖的水质变化情况,本文利用贵阳市两湖一库环境保护监测站2009 2018年对红枫湖7个代表性监测点的营养盐、叶绿素a(Chl.a)浓度和水温、气温、透明度、降雨量等水文气象条件逐月监测数据,分析红枫湖10年间水体营养盐和Chl.a浓度以及部分水文气象条件的变化趋势.运用综合营养状态指数(TLI)对红枫湖营养状态进行评价,采用Pearson相关系数法统计分析10年内Chl.a浓度与总磷(TP)、总氮(TN)等水化学组成及水位、气温等水文气象条件的相关性.结果表明,2009—2018年红枫湖水体逐月TN浓度有较大波动(0.56～2.80 mg/L),春、夏季高于秋、冬季;水体逐月TP浓度为0.016～0.103 mg/L,夏季略高于冬季;逐月氨氮(NH3-N)浓度为0.007～0.71 mg/L,春季>冬季>秋季>夏季;水体逐月Chl.a浓度呈季节性波动(0.8～38.9 mg/m3),夏季>春季>秋季>冬季,年内先上升后下降.TP、NH3-N、Chl.a浓度整体呈下降趋势,10年间水质有很大改善.经计算红枫湖在这10年间处于中营养状态至轻度富营养状态,且营养状态指数呈逐年下降趋势,夏季TLI明显高于其他季节.统计分析表明,红枫湖水体Chl.a浓度与高锰酸盐指数、NH_3-N、TP浓度均呈显著正相关,与氮磷比呈显著负相关,与水温、pH、降雨量、气温、日照时数呈显著正相关,与透明度、气压呈显著负相关,与水位、湿度、风速无显著相关关系.表明这10年来红枫湖水体Chl.a浓度不仅受营养盐浓度控制,很大程度上还受控于气象和水文条件.
  • 东巢湖沉积物—水界面氮、磷、氧迁移特征及意义
    李运奔, 匡帅, 王臻宇, 申秋实, 王亚东, 康得军
    2020, 32(03): 688-700.
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    以东巢湖近城市湖湾沉积物为研究对象,在沉积物氮、磷营养盐分析的基础上,采用沉积物柱状芯样静态释放模拟法定量评估研究区域沉积物—水界面氨氮、溶解性活性磷酸盐营养盐释放潜力,利用微电极非损伤测定技术获得沉积物—水微界面溶解氧(DO)剖面分布及微界面DO消耗和扩散特征.结果表明:东巢湖近城市湖湾沉积物氮、磷污染物蓄积量较高,受TN、TP污染程度较重.沉积物内源氨氮、磷酸盐释放明显,平均释放速率分别达到32.44 mg/(m~2·d)和1.25mg/(m~2·d),区域内沉积物已成为水柱中氮、磷营养盐的污染源.研究区域上覆水体处于好氧状态,沉积物—水微界面平均DO穿透深度(OPD)达到5.3 mm,平均DO扩散通量为4.56 mmol/(m~2·d),表现出良好的DO扩散能力.沉积物内源氨氮和磷酸盐释放能力与表层沉积物TN/TP物质含量及沉积物—水微界面DO穿透深度有关,在沉积物氮、磷污染较重的情况下,DO穿透深度越低越有利于氮、磷污染物从沉积物向上覆水体释放.
  • 云南程海和阳宗海季节性分层及其消退对冬季水华的潜在影响
    周起超, 杨炫, 王玮璐, 董静, 黄立成, 秦江
    2020, 32(03): 701-712.
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    基于2014年10月2016年7月在云南程海和阳宗海开展了4个季度(秋季,10月;冬季,1月;春季,4月;夏季,7月)的调查,研究了两个湖泊的水体分层特征,探讨了热力分层及其变化与其他环境因子对浮游植物生物量的潜在影响,结果显示:程海和阳宗海水体分层的特征均为冬季混合、春季形成分层、夏秋季分层稳定,两湖均属暖单次混合型湖泊;程海分层期温跃层的平均深度(顶界)、厚度和强度分别为17.70±3.89 m、5.54±4.44 m和0.67±0.43℃/m,阳宗海的分别为12.53±3.35 m、8.25±4.85 m和0.53±0.43℃/m.在热力分层稳定期,两湖底层达到缺氧甚至厌氧状态,底层的电导率总体较表层高.调查期间,两个湖泊水柱表层浮游植物生物量(以叶绿素a浓度表征)均在冬季出现峰值,程海和阳宗海的分别为19.22±11.08和45.82±9.41μg/L;进一步分析发现,热力分层的消退可能是导致水体表层无机营养盐升高(底层供给)的重要原因,加之适宜的光热条件可诱导两湖冬季水华的发生;在其他季节转化期间,浮游植物生物量变化的主要影响因子亦具有一定的共性及湖泊与季节异质性.
  • 喀斯特地区梯级水库建造对水化学分布的影响
    王万发, 钟君, 李彩, 易沅壁, 陈赛男, 陈率, 郎赟超, 李思亮
    2020, 32(03): 713-725.
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    为深入了解河流梯级筑坝对喀斯特地区河流水化学分布的影响,于2017年1、4、7和10月别对乌江干流洪家渡水库(多年调节)、乌江渡水库(季调节)和索风营水库(日调节) 3个具有不同滞留时间的水库进行水样采集,分析入库水、坝前剖面水和下泄水的水化学特征,探讨河流梯级筑坝对水化学分布及风化速率估算的影响.研究结果表明:3个水库深层水比表层水HCO3-浓度分别高12.9%、5.5%和8.0%,Ca~(2+)浓度分别高15.9%、2.4%和8.5%.河流梯级筑坝一定程度上改变了水体水化学组成,从而影响碳酸盐岩风化速率估算.整体上,洪家渡水库、索风营水库和乌江渡水库的全年风化速率变化范围分别为:-1.7%～15.4%、-5.6%～1.1%和-0.3%～3.4%.河流筑坝作用对风化速率估算及主量离子浓度的影响:HCO_3~-与Ca~(2+)浓度分布均为:洪家水库>乌江渡水库>索风营水库,这与水体滞留时间长短规律一致,表明水体滞留时间影响着水化学的组成分布.同时水体离子浓度表现出明显的季节性差异,丰水期各水库变化率明显大于枯水期.上述结论表明喀斯特地区河流连续筑坝后水化学组成及分布特征发生了一定程度改变,影响流域化学风化速率的估算,且影响程度随水体滞留时间延长而增大,并受气温影响.因此,今后在估算流域风化速率及探究水化学空间变化时应对筑坝作用加以考虑,以便更加准确地评估喀斯特流域岩石风化在全球碳循环中的作用.
  • 西洞庭湖季节性淹水和植被类型对温室气体排放通量的影响
    郭佳, 晁碧霄, 张颖, 雷光春, 王玉玉
    2020, 32(03): 726-734.
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    植被类型及淹水带来的干湿交替过程是影响温室气体排放的重要因素.本文通过原状土柱模拟实验,模拟西洞庭湖水文节律变化对不同土壤—植被系统温室气体排放的影响.利用静态箱—气相色谱法研究不同植被—土壤类型(芦苇湿地、灰化苔草湿地和刚砍伐的杨树林湿地)在季节性淹水条件下的CO_2、CH_4和N_2O的排放通量变化,并探讨了在水位变化的情况下,不同植被—土壤类型对全球增温潜势的贡献.结果表明:在不同的水文条件下,芦苇湿地的CO_2排放通量均显著高于苔草和杨树林湿地;淹水过程导致3种植被类型覆盖湿地CO_2排放通量显著降低,甲烷排放通量升高,其中芦苇湿地CH_4排放通量升高显著,苔草和杨树林湿地CH_4排放通量升高不明显;水文变化及植被类型对N_2O排放通量的影响不显著;不同植被类型湿地对全球增温潜势的贡献为:芦苇>杨树林>苔草,分别为16191.3、3405.6和1883.1 kg/hm~2.本研究结果表明在西洞庭湖湿地恢复过程中,不再人为增大芦苇湿地面积,将杨树林湿地恢复为苔草湿地,更有利于降低湿地恢复过程中温室气体的排放.
  • 环太湖地区河道和湖泊沿岸带水生植物多样性现状调查
    谢洪民, 李启升, 刘帅领, 张又, 黄晓龙, 李宽意
    2020, 32(03): 735-744.
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    环太湖地区经济发达,人口密集,近年来面临严重的富营养化、生境退化和外来水生物种入侵等环境问题.为明确环太湖地区河道和湖泊沿岸带水生植物多样性现状,于2018年开展本地和外来水生植物多样性调查.结果表明:(1)在环太湖地区共计进行65个群落样方调查分析,记录到38种水生植物,分属22科29属;(2)环太湖地区31个河道样方中入侵沉水植物水盾草重要值最高,其次为另一种入侵漂浮植物凤眼蓝,在34个湖泊沿岸带样方中凤眼蓝重要值最高;(3)环太湖地区河道和湖泊沿岸带样方生物多样性分别随着水盾草和凤眼蓝盖度的增加而降低,表明外来入侵植物影响水生植物生物多样性.环太湖地区湖泊需加强防范凤眼蓝漂浮生长分布范围扩大和水盾草沿河道入侵太湖湖区.这一地区同时面对水生植物覆盖面积减少和外来植物入侵问题,建议进行全太湖流域水生植物分布区域和生物多样性摸底普查,加强对外来入侵植物传播的监控,建立水生植物自然保护区.
  • 洞庭湖洲滩土壤种子库对土壤水分变化的响应
    陈明珠, 靳朝, 雷光春, 阳俭, 雷霆
    2020, 32(03): 745-753.
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    由于三峡大坝及上游水库群的运行,长江中下游水域水文节律随之发生了改变,导致洞庭湖枯水期提前,进而影响洞庭湖洲滩植被及其土壤种子库的分布格局.本研究在洞庭湖4个自然保护区内选取共11个典型洲滩湿地,沿由水到陆方向根据植被类型将洲滩分为泥沙洲滩、泥沙—湖草洲滩过渡带、湖草洲滩、湖草—南荻洲滩过渡带、南荻洲滩5种洲滩类型.通过样带—样方法调查和采样,并结合湿润和水淹两种条件下的土壤种子库萌发实验,分析了土壤水分变化对洲滩种子库萌发特征的影响及土壤种子库与地表植被的关系.结果显示:①土壤含水量沿水到陆方向由泥沙洲滩向南荻洲滩递减;②不同类型洲滩土壤种子库密度没有显著差异;③温室萌发实验中,水淹条件下土壤种子库物种丰富度和种子库密度显著降低,东洞庭湖自然保护区土壤种子库物种丰富度和种子库密度较高;④地表植被物种丰富度高于土壤种子库,泥沙洲滩土壤种子库与地表植被物种组成的Jaccard相似性指数最低.此外,虉草(Phalaris arundinacea)、芦苇(Phragmites communis)、南荻(Miscanthus sacchariflorus)等只在地表植被中存在,而陌上菜(Lindernia procumbens)、通泉草(Mazus japonicus)等只在种子库中存在.结果表明,在进行湿地植被恢复时,不能仅依靠种子库移植技术,还要考虑湖区季节性的水位变化以及个别物种的特异性,配合有针对性的水文调控机制及相关的人工措施恢复其原有植被.
  • 不同生态处理方法对黑臭河道底泥细菌多样性与群落结构的影响
    金宗安, 刘泽君, 唐雅丽, 关保华, 刘正文, 任丽娟
    2020, 32(03): 754-761.
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    底泥细菌代谢是城市河道底泥代谢物的主要来源,最终决定城市河道的生态状况.本文研究了黑臭河道底泥经添加硝酸钙、生物促生剂和种植沉水植物处理后底泥中细菌群落结构的响应,以期为城市黑臭河道细菌群落的改善和综合治理提供理论依据.实验结果表明:经过不同生态处理后,上覆水中,添加硝酸钙组总氮(TN)含量显著高于对照组,添加生物促生剂组溶解氧浓度显著高于对照组.沉积物中,所有处理组的氧化还原电位值(ORP)均显著高于对照组,种植沉水植物组和添加硝酸钙组TN含量均显著低于对照组,沉积物理化性质得到一定改善.对不同生态处理组底泥细菌群落的研究发现,处理组底泥细菌群落产生了较大变化,且不同处理组细菌群落变化不同,生物促生剂组底泥中细菌的Sobs指数和Chao 1指数显著高于对照组和硝酸钙组,且生物促生剂组Shannon指数和PD指数显著高于硝酸钙组.Proteobacteria(Deltaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria)、Chloroflexi、Firmicutes、Bacteroidetes和Spirochaetae是各实验组的主要优势菌门;非度量多维尺度分析表明:硝酸钙和生物促生剂的投加可明显改变底泥细菌群落结构组成.在属水平上,uncultured_Anaerolineaceae、Ferribacterium、uncultured_Xanthomonadales_Incertae_Sedis是导致底泥细菌群落发生变化的主要菌属.冗余分析结果表明,底泥ORP的变化是驱动细菌群落结构变化的关键环境因素.
  • 典型城市湖泊五里湖底栖动物群落演变特征及其生态修复应用建议
    薛庆举, 汤祥明, 龚志军, 高光, 蔡永久
    2020, 32(03): 762-771.
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    底栖动物作为湖泊生态修复中常用的淡水生物类群,对维持和稳定湖泊生态系统结构与功能具有重要作用,探明底栖动物群落演变特征对湖泊生态修复实践具有重要的指导意义.本研究于2007—2017年对太湖五里湖底栖动物群落结构开展了11年的长期调查,结合底栖动物历史数据以及水体、沉积物和浮游植物等相关资料的分析,探讨了五里湖底栖动物群落结构演变特征及潜在的影响因素.在综合分析底栖动物及环境因子变化特征的基础上,结合五里湖开发与修复工程的特点和发生时间,发现五里湖底栖动物群落演变过程总体可划分为自然演变、快速退化、生境修复和缓慢恢复4个阶段.在自然演变阶段,生境特征为底栖动物群落演变的直接影响因素,如水深、溶解氧和底质类型等;在快速退化阶段,人类活动干扰(如围湖造田)剧烈成为此阶段底栖动物群落演变的主要影响因素;在生境修复阶段,五里湖内开展的综合整治(包括生态清淤、污水截流、退渔还湖、动力换水、生态修复、湖岸整治和环湖林带建设等工程)等各项生态修复工程成为群落演变的主要影响因素,但在此阶段底栖动物优势种仍为耐污种;自2014年以来进入缓慢恢复期,软体动物投放成为底栖动物群落演变的一个重要影响因素,铜锈环棱螺等软体动物成为优势种.综合以上分析结果及底栖动物在生态修复中的应用实践,今后应加强对底栖动物生态修复投放过程及之后的维护管理等方面的研究.
  • 白洋淀浮游植物群落的时空变化及其与环境因子的关系
    李娜, 周绪申, 孙博闻, 高学平, 崔文彦
    2020, 32(03): 772-783.
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    浮游植物和环境因子是水生态中重要的组成部分,研究浮游植物与环境因子的相关关系可为白洋淀水资源管理及水生态保护提供理论基础.本研究于2018年非汛期(5月)和汛期(8月)分别对白洋淀淀区8个采样点的浮游植物及环境因子进行调查分析.采用Pearson相关性分析法筛选主要环境因子,分析白洋淀浮游植物群落结构变化和主要环境因子的分布特征,以及两者间的相互关系.结果表明,汛期主要环境因子为溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)和总磷(TP),非汛期主要环境因子为DO、CODMn、氨氮(NH_3-N)和TP.汛期和非汛期检出浮游植物分别为5门38种和6门43种,浮游植物丰度分别为415.30×10~5～1018.14×10~5cells/L和249.62×10~5～454.21×10~5cells/L,优势种分别为6种和10种,且基本为蓝藻和绿藻.浮游植物群落Shannon-Wiener多样性指数(H')、Margalef物种丰富度指数(d M)、Pielou均匀度指数(J)和物种多样性阈值4项指数均表明汛期浮游植物多样性小于非汛期.浮游植物群落特征与水质关联性较强,水质较好区域(如淀区中心) H'和J均较高,反之在水质较差区域(如府河、孝义河等汇入口) H'和J较低.TP和DO是影响汛期浮游植物群落特征的关键因素,CODMn和TP是影响非汛期浮游植物群落特征关键因素.水质评价结果表明白洋淀水质整体处于富营养状态,与2005年以来对白洋淀进行的3次浮游植物生态调查结果相比,淀区浮游植物多样性与均匀度显著下降,表明淀区富营养化程度持续加深.
  • 中国淡水水华甲藻一新记录种及其生态风险
    谭好臣, 王瑗媛, 李书印, 张琪, 刘国祥, 刘本文
    2020, 32(03): 784-792.
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    2019年6月,在山东省峡山水库多个位点采集到角藻属(Ceratium)样品,并发现其在局部位点形成明显的浅褐色水华.系统发育分析结果显示该种与角藻属常见种飞燕角藻(C. hirundinella)亲缘关系最近,但形态学上有明显区别,前者具有1块间插板和3个顶板,而飞燕角藻具有4块顶板.通过对比,发现该种为我国淡水甲藻门未经描述的新记录物种——拟二叉角藻(C. furcoides).峡山水库中,水华发生位点的水体叶绿素a浓度高达125.77μg/L,拟二叉角藻的密度达1.23×106cells/L,占总藻细胞密度的1.21%.细胞数量上,占优势的主要是尖头藻(Merismopedia spp.)和浮丝藻(Planktothrix spp.)等一些丝状蓝藻;但因个体细胞体积非常大,鲜重高达86.31 mg/L,占总藻鲜重的49.34%,因此在生物量上拟二叉角藻是绝对优势种.此外,通过核查采自我国东北、华中、西南地区不同时期、温度较高季节的多个标本,基于其自身特性和分布特点,本研究认为拟二叉角藻偏好高温和富营养水体,有在我国不同地区水体扩张并形成水华的潜在能力.
  • 抚仙湖浮游植物群落时空变化特征及其与环境因子的关系
    刘晓曦, 陈丽, 蒋伊能, 尚丽, 张涛, 李蕊, 赵帅营, 陈光杰
    2020, 32(03): 793-803.
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    抚仙湖作为我国第二深水湖泊,是国家战略淡水资源的重要储库之一.随着气候变化及流域开发的增强,抚仙湖生物群落组成近年来发生了明显变化,水体水质和生态系统功能呈现降低的趋势.为了摸清浮游植物的时空分布特征及关键环境因子,本研究于2015年对抚仙湖南、中、北3个位点进行浮游植物群落和环境因子的逐月调查.结果显示,浮游植物群落由绿藻门、甲藻门、金藻门、硅藻门、蓝藻门和隐藻门组成.方差分析和相似性分析表明,环境因子、浮游植物生物量和群落结构存在显著的季节演替模式,而空间差异不明显.浮游植物的优势属种(按生物量) 1月为隐球藻、丝藻、转板藻,2月为克罗脆杆藻、飞燕角甲藻、转板藻,3月为小环藻、转板藻,4—7月为锥囊藻、飞燕角甲藻、转板藻,8月为飞燕角甲藻、转板藻,9月为飞燕角甲藻、锥囊藻、转板藻,10月为飞燕角甲藻,11月为飞燕角甲藻、多甲藻、转板藻,12月为转板藻.Pearson相关分析显示,温度和总磷浓度与浮游植物生物量及群落结构呈显著相关,方差分解分析进一步表明水温和总磷浓度分别单独解释了浮游植物群落结构变化的26.0%和2.6%,共同解释了3.0%.与2002—2003年转板藻全年占优相比,2015年浮游植物群落结构发生了显著变化且生物量明显上升,可能反映了该水体营养水平长期上升的持续影响.
  • 三峡水库和长江中下游通江湖泊(洞庭湖和鄱阳湖)草鱼、鲢的孵化日期及早期生长特征
    张文武, 马琴, 黎明政, 张晨, 高欣
    2020, 32(03): 804-812.
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    三峡水库以及上游江段形成的河—库生态系统与长江中下游洞庭湖和鄱阳湖的江湖生态系统都是四大家鱼的重要栖息地,有相似性也有差异.2017年7—8月在三峡水库、洞庭湖和鄱阳湖利用地笼、虾笼、高网和迷魂阵采集草鱼和鲢幼鱼样本,观测耳石日轮,分析三峡水库和通江湖泊草鱼和鲢幼鱼的繁殖时间和早期生长特征及差异,探讨相应的保护措施.结果显示,三峡水库、洞庭湖和鄱阳湖采集草鱼幼鱼的孵化日期分别为4月24日—5月25日、5月21日—6月26日和5月4日—5月28日;鲢幼鱼的孵化日期分别为4月10日—6月12日、5月25日—6月19日和5月9日—6月12日.三峡水库、洞庭湖和鄱阳湖草鱼样本的体长增长率分别为1.04、1.84和1.64 mm/d,微耳石的沉积率分别为3.41、5.41和4.77μm/d;鲢幼鱼的体长增长率分别为1.10、2.87和1.96 mm/d,微耳石沉积率分别为2.96、7.17和4.57μm/d.洞庭湖草鱼和鲢的体长增长率和耳石沉积率均显著大于三峡水库;鄱阳湖鲢的体长增长率和耳石沉积率均显著大于三峡水库,而草鱼的体长增长率和耳石沉积率则与三峡水库没有显著差异.结果表明,三峡水库蓄水后长江中游干流草鱼和鲢的繁殖时间明显滞后;洞庭湖和鄱阳湖的草鱼和鲢幼鱼生长更快.目前,长江全面禁渔正在逐步实施,预期将对恢复鱼类资源起到重要的作用.除了全面禁渔之外,还建议保护和修复鱼类栖息地;减少江湖阻隔,灌江纳苗;增殖放流亲鱼;开展生态调度,促进鱼类繁殖.
  • 近30年长江下游升金湖湿地不同季节景观生态风险时空分析
    朱娴飞, 陆雨婷, 吴鹏海, 马晓双, 周立志
    2020, 32(03): 813-825.
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    以安徽省升金湖湿地为研究对象,使用1989年、1996年、2003年、2010年和2017年四季Landsat系列遥感数据,构建景观生态风险评价模型,计算不同季节景观生态风险指数,分析风险空间分布及其变化特征,并使用Pearson相关系数分析季节间、季节与年度间景观生态风险相关性.结果显示:(1)不同季节景观生态风险指数有显著差异,生态风险从高到低依次为夏季、冬季、秋季和春季,夏、冬季风险指数平均高出春、秋季37.03%.(2) 1989—2017年升金湖湿地景观生态风险指数明显增加,湖区内泥滩、草滩等重要景观类型极易受人类活动影响,逐渐由中风险、较高风险区转变成较高风险、高风险区,且人造表面与草滩面积与较高风险和高风险区面积呈现出一定的协同变化特征.总体上,升金湖湿地以较低景观生态风险和中景观生态风险为主,较高景观生态风险与高景观生态风险主要位于上、下湖区.(3)季节间景观生态风险相关性最高的为秋季与冬季;年度生态风险与冬季生态风险高度相关.因此,近30年升金湖不同季节湿地景观生态风险时空演变趋势体现了该湿地景观格局变化对景观生态系统干扰的压力响应,且秋季与冬季湖区湿地需引起高度重视.
  • 半湿润半干旱流域空间组合模型研究
    刘玉环, 李致家, 刘志雨, 黄鹏年
    2020, 32(03): 826-839.
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    在半湿润半干旱地区,下垫面条件复杂,产流机制混合多变,而现有的水文模型由于其固定的结构和模式,无法灵活地模拟不同下垫面特征的洪水过程.本文利用CN-地形指数法将流域划分为超渗主导子流域和蓄满主导子流域.将新安江模型(XAJ)、新安江-Green-Ampt模型(XAJG)和Green-Ampt模型(GA)相结合,在子流域分类的基础上构建空间组合模型(SCMs),并在半湿润的东湾流域和半干旱的志丹流域进行检验.结果表明:东湾流域的参数由水文模型来主导;而志丹流域的参数受主导径流影响很大.在东湾流域,偏蓄满的模型模拟结果优于偏超渗的模型,且SCM2模型(XAJ和XAJG的组合模型)的模拟效果最好(径流深合格率为75%,洪峰合格率75%);而SCM5模型(GA和XAJG的组合模型)在以超渗产流为主的志丹流域模拟最好(径流深合格率53.3%,洪峰合格率53.3%).在半干旱半湿润流域,SCMs模型结构灵活,在地形和土壤数据的驱动下,具有更合理的模型结构和参数,模拟精度较高,适应性较强.
  • 荆江沙市段分流比计算公式的改进及应用
    陈立, 陈帆, 张为, 袁晶
    2020, 32(03): 840-849.
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    分汊河段冲淤调整会引起汊道分流比的复杂变化.建立准确的分流比计算公式是研究分流比在不同水沙、地形边界条件下变化的基础.以长江上荆江分汊河段——沙市段为例,利用三峡水库蓄水后的实测资料对现有分流比计算式的适用性进行比较,通过引入综合反映两汊糙率、比降差异的因子,建立了较高精度的分流比计算式,在此基础上,分析了沙市分汊段分流比的变化特点.结果表明:(1)当无法准确反映两汊糙率、比降的差异时,枯水分流比计算误差较大,最大计算偏差达15%;(2)两汊平均水深之比与糙率、比降综合影响系数比高度相关,引入两汊平均水深之比,建立了最大计算偏差小于5%的分流比计算式;(3)三峡水库蓄水后沙市段汊道冲淤变化对枯水分流比的影响大于洪水分流比,对微弯分汊段分流比的影响大于顺直分汊段.
  • WRF-Hydro模型与新安江模型在陈河流域的应用对比
    孙明坤, 李致家, 刘志雨, 侯爱中, 霍文博, 温娅惠, 孔祥意, 戴金旺, 梁世强
    2020, 32(03): 850-864.
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    本文利用全球陆面数据同化系统与降雨观测数据,以陕西半湿润区陈河流域为研究对象,驱动WRF-Hydro模型,研究该模型的表现和适用性,并在结构、参数、输入输出和模拟结果方面与新安江模型对比.考虑到次表面层与实际包气带的区别,引入土层厚度乘子ZSOILFAC对前者进行等比缩放,发现其与新安江模型反推包气带的厚度有较好的一致性.研究表明:在陈河流域中WRF-Hydro计算步长须在建议值的基础上缩小; WRF-Hydro模型善于模拟洪水细节,新安江模型表现好且稳定;前者的径流深和洪峰合格率平于或略低于后者;在两个指标均合格的洪水中,前者平均均方根误差比后者小21.5%,但对于其他洪水,前者平均均方根误差比后者大56.2%; WRF-Hydro在洪水起涨时刻模拟较好,表现出其在中小流域应用的潜力.
  • 基于长短时记忆神经网络的鄱阳湖水位预测
    郭燕, 赖锡军
    2020, 32(03): 865-876.
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    湖泊水位是维持其生态系统结构、功能和完整性的基础.鄱阳湖受流域"五河"和长江来水双重影响,水位变化复杂.为了准确预测鄱阳湖水位变化,采用长短时记忆神经网络方法(LSTM)构建了鄱阳湖水位预测模型.该模型以赣江、抚河、信江、饶河和修水"五河"入湖流量和长江干流流量作为输入条件,预测鄱阳湖湖区不同代表站(湖口、星子、都昌、吴城和康山)的水位过程.研究以1956—1980年的水文时间序列数据作为训练集,1981—2000年作为验证集,探讨了LSTM模型输入时间窗、隐藏神经元数目、初始学习率等模型参数对预测精度的影响,并确定了鄱阳湖水位预测模型的最优参数.结果表明,采用LSTM神经网络方法可基于流域"五河"和长江来水量历时数据合理预测鄱阳湖不同湖区的水位过程,五站水位预测的均方根误差为0.41～0.50 m,纳什效率系数和决定系数达0.96～0.98.为考察模型训练数据集对鄱阳湖水位预测结果的影响,进一步选取了随机5年(1956—1960年)的资料和5个典型水文年(1954年、1973年、1974年、1977年和1978年)的日均流量资料来训练模型.结果显示随机5年资料作为训练数据的预测精度要差于典型年水文资料训练得到的模型,尤其是洪、枯水位的预测;由于典型水文年数据量仍远低于20年的资料,故其总体预测精度要略低于采用20年资料训练的模型.建议应用这类基于数据驱动的模型时,应该尽可能多选取具有代表性的资料来训练.
  • 基于同步观测信息利用的高寒湖泊湍流通量数据插补方法
    靳铮, 张雪芹
    2020, 32(03): 877-886.
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    源区划分和质量过滤提高湖面涡动相关通量数据可靠性的同时,却降低了通量时间序列的连续性.为此,本文基于TensorFlow机器学习框架构建了一种超宽人工神经网络(ANN)模型.在选择输入ANN模型的特征变量信息时,我们采取了尽可能获取湍流输送过程中热力、动力学同步观测背景强迫信息的原则.通过ANN模型模拟通量的插补,本文实现了通量时间序列连续性的优化,插补后的羊卓雍错湖面通量数据的时间覆盖率从不足0.40提升至超过0.98.基于10次折叠交叉验证的ANN模型通量模拟性能检验则表明,各个检验组之间ANN模型的模拟误差波动较小,这显示出了较好的稳健性.具体地讲,感热通量、潜热通量和水汽通量原始观测平均值分别约为18.8 W/m~2、81.5 W/m~2和1.84 mmol/(s·m~2),10组交叉验证的插补感热通量、潜热通量和水汽通量平均绝对误差分别为5.4 W/m~2、15.7 W/m~2和0.35 mmol/(s·m~2).这表明本文所探索的ANN建模结构和同步观测变量筛选原则可更充分地利用观测点局地同步观测信息估算通量强度,有效地优化湍流通量数据的时间连续性,从而提升通量数据的可分析性.
  • 蓝藻不同类型胶被提取方法
    刘泠昕, 肖艳, 李哲, 吴兴华, 张宇
    2020, 32(03): 887-898.
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    胶被作为蓝藻细胞外的一层功能性结构,其提取方法仍不清晰完善.本研究选取具有不同胶被形态的鱼腥藻Anabaena sp.和念珠藻Nostoc sp.为实验材料,通过归纳近10年有关藻类胶被的提取方法,总结影响胶被提取效果的主要因素(温度、提取剂浓度、时间等)范围,并设置一系列因素及其梯度的双因素实验和正交实验对胶被提取方法进行优化,观察提取过程中藻细胞形态、自发荧光以及藻细胞密度变化.结果表明,粘液可通过离心法与藻细胞分离;荚膜提取的硫酸水浴法的最优条件为:1 mol/L、60℃、30 min,氢氧化钠水浴法为:0.01 mol/L、50℃、20 min;鞘提取的最优方法条件为氢氧化钠水浴法(0.01 mol/L、80℃、40 min)和超声法(20 kHz,30 W,on:3 s,off:3 s,2 min)结合处理.此外,通过高效液相色谱法测定提取的蓝藻胶被多糖组分,结果显示,鞘具有较强的疏水性,未水化为粘液或RPS,而荚膜中含有的氨基葡萄糖(1.261±0.02 mg/g)使得荚膜比鞘更具有粘附力.将本研究得到的荚膜和鞘的最优提取法运用到胶被形态以荚膜和鞘为主的其他藻种,均有很好的提取效果.本研究可为后续进一步揭示不同类型胶被的功能作用提供技术支撑.