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过刊目录

  • 2020年, 32卷, 第05期
    刊出日期：2024-06-19
      
  • 全选
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  • 前言
    张甘霖
    2020, 32(05): 1227-1228.
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    <正>1921年,竺可桢先生在《科学》杂志发表了《杭州西湖生成之原因》一文,距今已一百年,这可能是我国现代湖泊科学的最早文献.1940年中国地理研究所在重庆北碚成立,抗战胜利后搬迁至南京.1953年,中国科学院地理研究所在南京正式成立.1958年研究所设立了湖泊组(组长施成熙),揭开了中国现代湖泊科学研究的序幕.1987年,研究所更名为中国科学院南京地理与湖泊研究所(以下简称地湖所).时光荏苒,地湖
  • 浅水湖泊湖沼学与太湖富营养化控制研究
    秦伯强
    2020, 32(05): 1229-1243.
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    自2007年无锡暴发饮用水危机事件以来,太湖经历了前所未有的高强度、大规模治理,各种治理措施累计投资已经超过千亿元.监测显示,在治理初期太湖的氮、磷浓度下降明显,水质有所好转,但最近几年关键水质指标总磷与浮游植物叶绿素α浓度出现了波动,蓝藻水华有所反弹.研究表明,太湖的外源负荷并没有减少,这与城镇用水量增加、污水排放标准偏低、面源污染削减不足有很大的关系;同时,内源负荷也因为蓝藻水华的持续而加重,浅水湖泊水深浅、扰动强的特点强化了磷的循环利用效率,加剧了内源负荷对湖泊富营养化和蓝藻水华的影响.气候变暖叠加营养盐富集的复合效应、流域风速下降以及暴雨事件频次和强度增加等气象水文条件变化,都促进了太湖蓝藻水华的暴发;蓝藻水华的时空分布特征则受湖泊水动力的决定性影响.太湖治理的曲折过程,凸显了大型浅水湖泊湖沼学研究的不断深入与发展,未来需要继续加强多学科交叉研究,特别是基于湖泊-流域系统的气象水文、生物地球化学和生物生态学的学科交叉.对于太湖生态环境的综合治理和管理,既要注重湖泊与流域相结合,更需要重视自然科学和人文科学的有机融合,才能真正达到控制太湖富营养化、维护流域水环境安全与社会经济可持续发展的目标.
  • 湖沼学是研究内陆水体的多学科整合科学——兼论我国湖沼学发展面临的挑战与机遇
    刘正文, 苏雅玲, 杨柳
    2020, 32(05): 1244-1253.
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    湖沼学是研究内陆水体的多学科交叉综合性科学,自从Forel F.A.于1892年首次对湖沼学做出定义以来已有近130年历史.湖沼学的主要分支学科包括地质湖沼学(包括古湖沼学)、物理湖沼学、化学(生物地球化学)湖沼学和生物湖沼学.湖沼学的关键自然属性是通过跨学科的整合,从水生态系统水平综合分析相关过程与机理,并对生态系统变化进行预测.因此,湖泊学也是支撑水资源与生态系统保护、管理与修复的核心科学.然而,目前我国湖沼学发展面临分支学科发展不平衡、研究碎片化等问题,而人类活动加剧和气候变化对内陆水体生态系统的影响及管理对策是湖沼学研究面临的挑战与机遇.我国湖沼学研究亟需围绕人类活动、气候变化的影响,重点开展以下几个方面的工作:1)水动力与水文地貌特征变化及其环境生态效应; 2)营养盐和有机质生物地球化学循环及其环境生态效应; 3)食物网结构与功能; 4)外来入侵物种的影响与控制对策; 5)与水环境有关的传染病防治; 6)地表水生态评价; 7)生态系统演变机理与退化生态系统修复等.
  • 湖泊底泥环保疏浚决策研究进展与展望
    范成新, 钟继承, 张路, 刘成, 申秋实
    2020, 32(05): 1254-1277.
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    环保疏浚的决策研究主要涉及"是否疏浚"、"疏浚多少"、"如何疏浚"、"能否疏浚"等问题,关系到工程是否立项、资金投入、工艺选择和疏浚效果等.本文首先简要回顾了50年来环保疏浚研究和发展历史,系统总结了国内外在针对湖泊富营养化、潜在生态风险以及湖泛污染控制方面开展环保疏浚的研究进展,分析了疏浚决策理念的差异和需要完善的问题.然后就疏浚工程量设计,分析了湖泊环保疏浚区域的选定和疏浚面积的确定方法和实例,围绕环保疏浚深度的确定,介绍和分析了视觉分层法、拐点法、背景值法、标准偏差倍数法、频度控制法、生态风险指数法、分层释放法和吸附解析法等方法及其优缺点.接着总结了应用不同工艺疏浚过程中产生的底泥扩散、泄漏和残留原因及影响方面的研究成果,提出了疏浚决策对疏浚工艺的选用要求.最后从重视疏浚后环境效果的过程回溯、悬浮态颗粒物影响以及实质性融入生态风险理念等方面,对湖泊环保疏浚决策的研究进行了展望.本文认为,湖泊的疏浚效果未达到预期多与忽视决策研究有关.决策上的主观性和任意性,不仅可能造成资金的浪费,还容易造成生态环境效益的损害.湖泊的环保疏浚不可能一劳永逸,也不是每个污染的湖泊都需要或可以采用疏浚方式来改善水环境,即使达到了环保疏浚的必要性研究和工程量设计水平,仍需要外源的有效控制和高精度、低扩散、低泄漏的疏浚工艺作为保证.
  • 湖泊环境科学与工程技术研究进展探讨
    江和龙, 王昌辉, 白雷雷, 韩超, 陈晓芳, 王春柳
    2020, 32(05): 1278-1296.
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    湖泊环境与工程学科是近10～20年发展的、研究变化环境条件下湖泊水环境质量演变规律、互动机制、保护治理及和谐发展的一门交叉性的基础研究和应用研究学科.随着人类活动强度增加,我国湖泊面临富营养化、蓝藻水华暴发与引发次生灾害及持久性和新兴污染等多类型或叠加复合的严峻环境问题,迫切需要发展湖泊区域性的复合污染防控与治理技术体系,服务于国家生态文明建设.本文首先简单介绍对湖泊环境与工程学科概念及内涵的认识,然后较系统地阐述了国内外近10年来关于主要污染物在湖泊中环境行为的研究,针对性地分析了主要由蓝藻水华暴发引发的次生灾害"湖泛"的发生原因及防控策略,展示了以湖泊底泥为主的湖泊监测方法和技术研究进展,总结和归纳了从入湖污染控制到内源污染治理的湖泊污染防控技术研发成果,最后对湖泊环境与工程学科研究尺度向宏观与微观两极延伸及治理修复技术向生态/水利工程和智慧感知/大数据技术融合发展等方面进行了展望.
  • 从中华鲟(Acipenser sinensis)生活史剖析其物种保护:困境与突围
    危起伟
    2020, 32(05): 1297-1319.
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    国家一级保护动物中华鲟(Acipenser sinensis)自然繁殖已连续中断3年(2017 2019年),自然种群濒临灭绝.本文归纳了中华鲟生活史各阶段的生态需求,指出:葛洲坝阻隔是导致中华鲟自然种群衰退的根本原因,三峡等长江上游特大型梯级水电工程的相继蓄水运行是导致中华鲟自然繁殖中断的关键因素,河道冲刷、航道疏浚与挖沙、防洪及城市景观工程等人类活动使中华鲟仔稚鱼栖息地丧失,进而导致补充群体减少,造成繁殖群体持续萎缩.近40年来,对给予高度期望的补偿中华鲟自然种群衰退的中华鲟人工增殖放流措施没有得到科学有效地实施,造成人工干预力保中华鲟自然种群延续的希望几近破灭.本文探讨了近40年来在中华鲟保护认识、管理、决策和机制上存在的误区与不足,提出以长江十年休渔为契机,亟需以《中华鲟拯救行动计划(2015-2030年)》为纲领,推进落实:1)实施"陆-海-陆"保种工程,恢复人工群体的生物学自然特性; 2)大幅度提升科学有效的人工增殖放流; 3)改善产卵场环境,放流人工培育亲本以恢复葛洲坝下中华鲟自然繁殖; 4)新建旁通道仿自然产卵场,扩大自然繁殖; 5)修复索饵场等关键栖息地,提高子代存活率.唯有以恢复中华鲟自然繁殖为核心,实施中华鲟从出生到繁殖全生活史周期(15年)的长期系统性保护,才有望延续和恢复中华鲟自然种群.中华鲟个体大、寿命长、洄游范围广,是长江水生态系统的旗舰种和伞护种,保护好中华鲟对于实现人与自然和谐共处,推动长江流域经济社会绿色可持续发展具有重要意义.
  • 长江中华鲟(Acipenser sinensis)保护——反思、改革和创新
    黄真理, 王鲁海
    2020, 32(05): 1320-1332.
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    长江水生生物保护面临巨大挑战,加强长江水生生物保护是当前国家的战略需求.中华鲟(Acipenser sinensis)是长江的旗舰物种,也是1980s葛洲坝救鱼的唯一物种.经过近40年努力和数以亿计的投入,中华鲟的种群数量持续衰退,走到濒临灭绝的边缘.如果不能很好汲取中华鲟保护的教训,长江水生生物保护将难以走出困境.本文回顾了葛洲坝救鱼以来中华鲟保护的历程并进行评价,我们认为:回避或轻视长江梯级水坝的影响,就难以准确认识中华鲟种群衰退的定量影响机制,也不可能采取针对性措施.因此,要避免重蹈中华鲟的覆辙,对中华鲟保护工作进行全面反思、改革和创新,是长江水生生物保护面临的重大战略问题.
  • 1960s以来白洋淀水文、环境、生态演变趋势
    易雨君, 林楚翘, 唐彩红
    2020, 32(05): 1333-1347+1226.
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    白洋淀是我国华北平原最大的浅水湖泊湿地,享有"华北之肾"、"华北明珠"等美誉,对维持京津冀大城市群的区域生态系统平衡和保持生物多样性发挥着生态安全屏障作用.长期以来,高强度人类活动导致入淀水量锐减、水体污染严重、生物多样性减少、生态系统功能衰退,"明珠"失去了应有的光泽.结合历史文献资料和课题组长期在白洋淀的监测结果,本文系统地梳理了自1960s以来,白洋淀的水文、水环境和水生态演变历程,并分析了导致一系列演变发生的可能原因.随着区域经济的发展,人类活动增强,白洋淀区域水量、水环境以及生态质量自1960s以来逐渐退化.近20年来,随着一系列环境治理政策和生态补水工程的实施,白洋淀水质恶化趋势得到了一定的遏制.2017年,中共中央、国务院宣布设立雄安新区,其"以水定城"的理念突显白洋淀作为新区中心的重要性,白洋淀环境与生态治理工作任重而道远.本文的工作以期能为新时期白洋淀的环境生态治理提供依据和支持.
  • 过去40年太湖剧烈的湖泊物理环境变化及其潜在生态环境意义
    张运林, 秦伯强, 朱广伟
    2020, 32(05): 1348-1359.
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    过去40年,全球气候变暖、辐射变暗和变亮、风速减弱、气候异常波动等自然环境变化以及筑坝建闸、岸堤硬质化和调水引流等强烈人类活动势必会深刻改变太湖湖泊物理环境和过程,驱动湖泊生态系统演化.基于历史文献、档案数据以及气象水文和透明度等长期观测数据,本文系统梳理了太湖气温、水温、风速、水位和透明度等物理环境空间分布和长期变化特征,探讨了气温和风速、水位和透明度相互协同作用机制及其潜在生态环境意义.受全球变化和城市化等影响,过去40年太湖气温和水温呈现显著升高趋势,而近地面风速则表现为持续下降,湖泊增温和风速下降有利于藻类生长和蓝藻水华漂浮聚集,某种程度上增加了蓝藻水华出现频次和集聚的面积.为防洪和满足流域日益增长的水资源需求,闸坝管控和调水引流使太湖水位呈现缓慢增加趋势,而入湖污染物增加和富营养化则造成水体透明度逐渐下降,致使透明度与水位(水深)的比值明显降低,减少了湖底可利用光强,恶化水下光环境,在一定程度上驱动了太湖水生植被和草型生态系统退化.湖泊物理环境长期变化逐渐拓展了太湖藻型生境空间而压缩了草型生境空间,加剧了草型生态系统向藻型生态系统转化和增强了藻型生态系统的自我长期维持.太湖湖泊物理环境的显著变化也会部分抵消流域营养盐削减和湖体营养盐下降对藻类生物量和蓝藻水华的控制,增加了太湖蓝藻水华防控和湖泊富营养化治理的难度.这意味着未来流域控源截污需要更加严格的标准,而湖泊水位等物理环境的有效管控是应对藻华加剧和恢复草型生态系统的适应性管理策略.
  • 我国湖泊水文学研究进展与展望
    张奇, 刘元波, 姚静, 赖锡军, 李相虎, 吴桂平, 黄群, 孙占东, 张丹, 李云良, 谭志强, 刘星根
    2020, 32(05): 1360-1379.
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    湖泊是地球表层水体的重要组成部分,在区域社会经济发展和生物多样性保护等方面发挥着不可替代的作用.气候变化和高强度的水资源开发利用等,导致湖泊物理、化学特性在时空格局上发生显著的变化,引起一系列的社会、环境、气候等响应.湖泊水文学研究湖泊水文要素及其时空变化特征、平衡关系与变化规律,在水文过程演变与归因解析、湖泊洪旱发生机理与调控、湖泊资源评估与可持续利用等方面,解决了众多理论和实践问题,为区域发展提供了强大支撑.本文评述了近50年来我国湖泊水文学的发展与研究进展,重点阐述湖泊水量平衡与水量变化、湖泊水动力与水文过程调蓄、湖泊极端水文事件成因、湖泊水文遥感反演等方面的研究进展,展望了湖泊水文学的未来发展趋势.
  • 中国湖泊古生态研究进展
    羊向东, 王荣, 董旭辉, 王倩, 陈旭, 徐敏, 张科
    2020, 32(05): 1380-1395.
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    湖泊古生态学是古湖沼学的一个主要分支学科,主要通过沉积记录中的各种生物化石指标分析,重建不同时空尺度的湖泊生态系统演化过程,回答生态学、全球变化和环境管理应用方面的议题.本文回顾了国内外湖泊古生态研究的发展历程,在介绍湖泊古生态系列指标和研究基本原理基础上,着重评述了过去20 a来我国湖泊古生态研究取得的主要进展和成果,包括:(1)建立了基于多种生物和生物标记化合物指标进行古气候环境要素(温度、盐度、水体总磷等)定量重建的系列转换函数模型;(2)重点揭示了不同地质历史时期和近百年来湖泊生态环境演变的规律,及其对自然和人为驱动的响应特征与机理;(3)利用古生态记录诊断了湖泊生态系统突变模式与早期信号特征,定量揭示了湖泊生物群落演替与生态系统弹性损失的关系.上述成果为湖泊环境管理和治理提供了重要依据.本文最后对我国湖泊古生态研究进行了展望,提出了今后研究的重点方向.
  • 富营养化湖库天空地一体化监控平台系统设计与实践
    段洪涛, 万能胜, 邱银国, 刘刚, 陈青, 罗菊花, 陈远, 齐天赐
    2020, 32(05): 1396-1405.
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    湖泊和水库是我国的主要饮用水源地,但大都处于富营养化状态,蓝藻水华频发,已成为影响社会稳定、制约区域社会经济可持续发展的重大问题.蓝藻水华的整体应对策略,已经从被动应急转变为主动防御;但要做到主动防御,必须有现代化全方位的蓝藻灾害监测监控手段和体系,及时掌握蓝藻水华及其衍生灾害现状和动向,在未发生或者刚发生时及时觉察.本文针对富营养化湖库富营养化引起的蓝藻水华应急监控问题,按照"整个湖体、重点区域、关键位置"3个监测层次,利用中高分辨率卫星、无人机、岸基/平台视频、自动浮标、人工巡测等技术或手段,围绕"现状掌握、异常报警、原因追溯"的建设目标,提出了天-空-地一体化监控系统建设框架,明确了不同手段的协同方式和业务流程,并正在巢湖进行应用实践.相信本文提出的系统架构不仅在巢湖,在更多的富营养化湖库都具有重要的应用和推广价值.
  • 湖泊水情遥感研究进展
    宋春桥, 詹鹏飞, 马荣华
    2020, 32(05): 1406-1420.
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    湖泊作为最直接的淡水资源之一,在人类的生产、生活各方面都占据至关重要的地位.受到全球气候变化与人类活动的影响,湖泊正在发生急剧变化,因而有必要对其进行快速、准确的时空变化监测,从而为水资源管理与保护、未来气候变化预警提供依据.遥感技术的产生与发展为大范围、实时动态的湖泊变化监测提供了难得的契机,它克服了人类对湖泊实地考察的局限性.本文对现有国内外湖泊水情遥感监测技术与方法进行了综合梳理,主要综述了国内外在湖泊水域范围提取、湖泊水位提取、湖泊水量估算、流域水文过程等方面的遥感研究进展情况,重点总结了该领域近年来提出的新方法和新技术.最后,结合当前遥感技术的发展,对未来遥感在湖泊动态变化监测中的应用潜力和趋势进行了简要论述,并对多源遥感数据融合与云计算平台的结合在地表水体连续变化监测中的应用进行了展望.
  • 太湖蓝藻水华的年度情势预测方法探讨
    朱广伟, 施坤, 李未, 李娜, 邹伟, 国超旋, 朱梦圆, 许海, 张运林, 秦伯强
    2020, 32(05): 1421-1431.
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    在太湖、巢湖、滇池、洱海、三峡水库等我国重要湖泊和水库,蓝藻水华时常发生但年际之间藻情往往有较大差异,给蓝藻水华的防控物资及人员投入、湖库水源地水质安全保障带来较大的挑战,亟待探索周年尺度的蓝藻水华强度预测方法.本文收集了太湖连续15年的蓝藻水华情势观测数据和同步的气象、水文数据用于构建蓝藻水华预测模型,提出了利用遥感反演的蓝藻水华面积(A_(BL))及人工观测的水体浮游植物叶绿素α浓度([Chl.a]_(LB))共同表征的蓝藻水华强度指标(BI).分析了太湖年尺度的BI值与环境条件的关系,提出了基于年初能够掌握的气象、水文、营养盐等综合环境指标进行年度BI预测的统计模型.结果表明,太湖年度BI值与冬季及初春(12-3月)日均水温(WT_(12-3))、冬春季有效积温(AT_(12-3))、前一年降雨总量(RF_(YB))等环境因子呈显著正相关,与冬季及初春的水体总氮(TN_(12-3))、溶解性总氮(DTN_(12-3))、总磷(TP_(12-3))及溶解性总磷(DTP_(12-3))不存在统计上的显著相关关系.此外,本研究开展了基于上述因子(BI为因变量,其余环境因子为自变量)的多元(或一元)回归分析,并遴选出最优模型.总体而言,最优模型的模拟计算结果与实测浓度具有较高的一致性,因此本研究得出的模型对太湖蓝藻水华年际强度预测具有较高精度.本研究对太湖等富营养化湖库蓝藻水华的中长期预测具有指导意义.
  • “引江济太”对2016年后太湖总磷反弹的直接影响分析
    朱伟, 薛宗璞, 章元明, 翟淑华, 冯甘雨, 王若辰, 陈怀民, 胡思远, 赵帅, 周娅
    2020, 32(05): 1432-1445.
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    针对"引江济太"工程将总磷浓度偏高的长江水引入太湖后对2016年后太湖总磷反弹的影响,本文实测并收集整理了2016年前后"引江济太"调水入湖水量、磷通量及全太湖入湖水量、磷通量与太湖磷存量等数据,对2016年前后"引江济太"调水入湖水量、磷通量、磷形态与其他入湖河道水量、磷通量、磷形态以及全太湖的水质、受水区贡湖的水质进行了分析.结果表明:2016年前后,"引江济太"年均入湖磷通量为97.56 t,年均入湖水量为8.16亿m~3,从调水量、入湖磷通量、调水后短期磷响应及各湖区磷增量来看,"引江济太"与2016年后太湖总磷反弹相关性不强."引江济太"调水累计入湖磷通量为877.97 t,占太湖总入湖磷通量的4.58%,累计入湖水量占太湖累计入湖水量的7.36%,单位水量携带的磷通量仅为其他来水的一半左右,占比相对有限.与太湖主要入湖河流相比,"引江济太"调水属于优质来水,湖泊的入湖河流总磷浓度一般都高于湖泊本身的总磷浓度,"引江济太"调水总磷浓度偏高属于正常范围.目前"引江济太"工程在保证供水安全、缓解水华危机的同时对处于严重富营养化状态的太湖具有一定的改善效果,但未来引水量增加的情况下,必须继续关注引水带来的磷通量与太湖磷循环系统的关系,确保"引江济太"对太湖继续产生良性的影响.
  • 巢湖西湖心底泥蓝藻对水体蓝藻生物量的贡献
    史小丽, 范帆, 张民, 阳振, 陈开宁
    2020, 32(05): 1446-1453.
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    2018年10月-2019年10月对巢湖西湖心水体浮游藻类群落结构以及水体和底泥蓝藻生物量进行了月度调查.结果表明:巢湖西湖心浮游藻类的主要优势种属为微囊藻属、席藻属、十字藻、卵形隐藻和鱼腥藻属.蓝藻优势种属在5-10月为微囊藻属,11-12月为鱼腥藻属,1-4月为席藻属.巢湖水体和底泥蓝藻生物量峰值分别出现在9月和2月,水体蓝藻的衰亡下沉会导致底泥蓝藻生物量的上升.巢湖蓝藻主要分布在水体,底泥蓝藻生物量相对较低,单位面积水柱与底泥蓝藻生物量6月的比值大于100,在11-3月相对较低,最低值小于2.底泥蓝藻主要分布在底泥表层0～2 cm.通过安装原位捕获器,监测了蓝藻在西巢湖湖心水柱和底泥中的垂直迁移过程和通量.结果表明:11月和2月蓝藻有明显从水柱向底泥迁移的过程;底泥蓝藻全年向水体的静态迁移量都很低,而动态迁移在11月和6月出现两个峰值,主要受底泥蓝藻生物量和再悬浮的影响.本研究结果表明削减巢湖西湖心底泥种源的最佳时期为10月至来年2月,但是由于底泥蓝藻生物量远远小于水柱蓝藻生物量,底泥蓝藻向水体复苏迁移的通量也较低,即使削减了底泥种源,也不能有效降低水体蓝藻生物量.
  • 环太湖江苏段入湖河道污染物通量与湖区水质的响应关系
    吕文, 杨惠, 杨金艳, 马倩, 高晓平, 蒋如东, 王晓杰, 徐勇, 聂青
    2020, 32(05): 1454-1462.
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    基于2008-2018年环太湖江苏段入湖河道污染物通量及湖区水质数据,从时空变化及相关关系两个方面探讨了入湖污染物通量与湖区水质的响应关系,并分析了污染物进入湖体影响水质的主要因子.结果表明:太湖污染减排已见成效,氨氮、总氮、高锰酸盐指数和化学需氧量入湖污染物通量整体呈下降趋势,年均下降率分别为8.0%、2.0%、1.6%和2.2%,湖体氨氮和总氮时间格局响应较好,年均下降率分别为2.1%和2.3%.湖体氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数和化学需氧量与入湖污染物通量整体由西北部、西部湖区向东南部、东部湖区递减,空间格局上响应基本一致.全湖区年尺度总氮、氨氮浓度与入湖河道污染物通量分别呈显著正相关、极显著正相关关系;影响湖区总氮、氨氮的主要因子为入湖河道的总氮、氨氮浓度,其次为入湖河道浓度与原湖区水质差值,因此亟需加强入湖河道水质浓度的控制.
  • 亚热带地区典型水库流域氮、磷湿沉降及入湖贡献率估算
    余博识, 梁亮, 郑丹萍, 刘会萍, 童秀华, 唐华峰, 徐克铭
    2020, 32(05): 1463-1472.
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    为了探究汤浦水库流域氮、磷湿沉降对水库水体营养的贡献率,本研究对2014 2015年的汤浦水库流域4个采样点的雨水及3条溪流进行样品收集,测定其中磷和不同形态氮的质量浓度,分析汤浦水库流域大气湿沉降中氮、磷营养盐的分布特征,并估算氮、磷营养盐湿沉降对汤浦水库入库负荷的贡献率.结果表明:湿沉降中总氮(TN)平均浓度为1.02±0.58 mg/L,氨氮、硝态氮和有机氮浓度占TN浓度的比例分别为60.65%、34.07%和5.28%;总磷(TP)平均浓度为0.033±0.028 mg/L.4个采样点湿沉降中氮、磷浓度均表现为冬春季(少雨季)高、夏秋季(多雨季)低.空间上,王化点位的各形态氮和总磷浓度显著高于其他3个采样点.TN和TP年均湿沉降通量约为18.15和0.62 kg/(hm~2·a),年均沉降总量为834.94和28.39 t;库区TN和TP水面湿沉降量为24.14和0.82 t,直接贡献率占河流输入的1.77%和3.07%.湿沉降来源的氮、磷营养盐随河流输入的间接贡献率为8.3%和4.6%.综上所述,氮、磷湿沉降是水库外源营养的重要输入部分,深入掌握其时空分布特征及入库贡献率是进一步加强流域管理和减轻水库外源营养输入的重要前提.
  • 生物完整性在时间尺度趋势分析中的偏差和校正研究——以松花江流域为例
    阴琨, 李中宇, 赵然, 王业耀, 金小伟
    2020, 32(05): 1473-1483.
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    以松花江流域为对象,利用2012-2015年底栖动物调查数据及生物完整性指数(index of biotic integrity,IBI)评价结果,定量分析并阐释了IBI(基于参照位点法)在时间尺度趋势分析中产生的偏差和影响,提出采用校正系数r(r表示参数赋分计算中,比较年参数基础值相对初始年参数基础值的倍数)及初始年数据对IBI结果进行校正的方法.研究表明,正向参数(干扰越大分值越低的参数)参照组2013-2015比较年的值较初始年(2012年)呈现不同程度升高,反向参数(干扰越大分值越高的参数)受损组值呈现下降.同时,正向参数和反向参数的r值分别分布在1.1～4.9和0.7～0.8之间,参照组/受损组参数的95th年度间变化显著,参数赋分环节的记分偏差不可忽略.在评价标准划分环节中,最差及优良区域占比的差异达10.0%～13.4%,偏差对趋势分析的干扰显著.2012-2015各年度IBI经校正后,评价达良好-优状态的区域占比较校正前高4.3%～13.3%,评价为很差状态的区域占比较校正前低6.7%～30.0%.完整性评价中关键环节产生的偏差可显著影响时间尺度趋势的分析和判定,基于校正的评价方法可以初步解决完整性评价在趋势分析中产生的偏差干扰问题.
  • 山东省东平湖菹草(Potamogeton crispus)腐烂过程中水体温室气体溶存浓度及扩散通量变化
    邓焕广, 刘涛, 鲁长娟, 张菊, 曹起孟, 姚昕
    2020, 32(05): 1484-1495.
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    为了解东平湖菹草(Potamogeton crispus)腐烂分解对水体温室气体溶存浓度和界面扩散通量的影响,于2016年5-7月在东平湖菹草腐烂期采集上覆水和沉积物柱样,测定上覆水和孔隙水中温室气体(N_2O、CH_4和CO_2)的溶存浓度,采用Fick第一定律和双层模型计算沉积物-水-气界面扩散通量,同时分析上覆水和沉积物的理化性质,并采用网袋分解法于现场进行菹草腐烂分解试验,以探究东平湖菹草腐烂过程中温室气体溶存和扩散的主要影响因子及其主要来源.结果表明,菹草腐烂符合二次指数模型,分为快速衰减和慢速分解两个阶段;菹草腐烂过程中上覆水pH和亚硝态氮浓度表现为先降低后升高,而溶解氧、氨氮、硝态氮和可溶性正磷酸盐浓度则为先升高后下降,沉积物中铵态氮含量表现为先升高后降低,硝态氮为先降低后显著升高,有机质和p H呈降低-升高-降低的波动变化;上覆水中各温室气体浓度和水气界面扩散通量均表现为CO_2> CH_4> N_2O,其扩散通量分别为5862.9±5441.4、31.15±41.3和0.15±0.57μmol/(m~2·h),整体表现为大气温室气体的"源",并以碳排放为主;上覆水中N_2O浓度和水-气界面扩散通量均先降低后升高,孔隙水中N_2O浓度在快速和慢速分解阶段分别出现极大值(22.7和55.6 nmol/L),而其沉积物-水界面通量前期持续增加至腐烂结束后迅速降低;上覆水和孔隙水中CH_4浓度及其各界面通量均表现为前期略有降低后持续升高;上覆水中CO_2浓度和水-气界面通量表现为持续升高后降低并趋于稳定,而孔隙水中CO_2呈波动变化,在菹草腐烂初期向孔隙水扩散,后期向上覆水扩散.水温是影响上覆水中温室气体浓度和水-气界面通量的主要因素;沉积物是水体N_2O和CH_4的主要来源,孔隙水中浓度是控制其沉积物-水界面扩散的重要因素;而上覆水中CO_2呈现多源性,但以上覆水中有机物质的矿化为主.
  • 大型深水水库溶解氧层化结构演化机制
    余晓, 诸葛亦斯, 刘晓波, 杜强, 谭宏
    2020, 32(05): 1496-1507.
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    深水水库溶解氧(DO)的演化成因目前尚不完全清楚,研究其演变机制对制定水库水质保护和管理策略十分重要.本文以我国京津冀地区重要的大型深水水源水库潘家口水库为例,系统分析了水库水温和DO浓度的时空分布特征、演化成因,以及水库的水质响应情况.结果表明:4月中旬-11月底该水库存在显著的季节性热分层,水库热分层为DO层化结构的形成提供了垂向分异性物理环境;与热分层类似,DO层化表现为3层结构,本文从上至下将其分别定义为混合层、氧跃层和氧亏层.垂向各层不同生化过程的作用为DO浓度空间差异性演变提供了驱动力,其中混合层受浮游藻类过量生长的影响,DO往往处于过饱和状态;氧跃层受大量生物的呼吸及有机物分解等耗氧的影响,DO浓度急剧下降,7-8月一般处于缺氧状态(DO<2 mg/L);氧亏层受重污染沉积物耗氧的影响,DO浓度持续下降,热分层末期水库底部可能出现缺氧.热分层末期DO浓度降低的同时,沉积物中会发生Mn的还原、Mn-P解吸释放等现象,但沉积物中含量较高的Fe没有发生还原以及Fe-P的解吸释放现象.潘家口水库目前正在逼近缺氧、内源污染大量释放的临界点,其水环境治理应予以高度重视.
  • 东洞庭湖浮游藻类粒级结构组成及其关键影响因子
    李胜男, 熊丽萍, 彭华, 余丽, 纪雄辉
    2020, 32(05): 1508-1518.
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    不同粒径大小浮游藻类的养分吸收速率、沉降特性和能流方向等都不相同,浮游藻类生物量的粒级组成变化对湖泊生态系统的结构与功能具有重要影响.为了解通江湖泊浮游藻类粒级组成演替规律及其驱动机制,于2018年9月2019年9月对东洞庭湖进行了年度采样调查,研究了不同粒级浮游藻类的时空分布特征及其与环境因子的关系.结果表明:东洞庭湖浮游藻类叶绿素a总浓度呈现显著的时空分布差异;季节上表现为夏季(22.43μg/L)>秋季(16.95μg/L)>春季(11.69μg/L)>冬季(3.28μg/L),空间上表现为北部湖区(26.12μg/L)>南部湖区(15.81μg/L)>东部行洪道(5.88μg/L).纳微型藻(3～20μm)是东洞庭湖浮游藻类生物量的主要贡献者,其在冬季优势度最高,为68.0%;春季开始,超微型藻(0～3μm)的贡献量逐渐增加,到夏季达到最高值,为42.1%;粒径最大的微型藻(>20μm)占比最低,全年平均占比16.2%. RDA限制性排序结果表明,不同粒级浮游藻类对环境因子的响应趋势相同,但适应能力不同;温度、水位、营养盐和pH等是影响东洞庭湖浮游藻类粒级结构的重要因素.
  • 基于越冬水鸟生境模拟的拟建鄱阳湖水利枢纽生态控制水位探讨
    陈炼钢, 陈黎明, 徐祎凡, 贾建伟, 栾震宇, 施勇, 金秋, 胡腾飞
    2020, 32(05): 1519-1528.
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    长江及鄱阳湖水系上游水库群运用后鄱阳湖枯季水文节律出现新的变化,为应对新的枯水情势,鄱阳湖水利枢纽作为一个选项被提出,如何确定其适宜的调控水位才能维持鄱阳湖湿地生态系统健康是其中的重点与难点.本文选择鹤类、小天鹅、鸿雁等食植物块茎水鸟作为鄱阳湖湿地生态系统的指示物种,基于EFDC水动力学模型和生境适宜度曲线构建了鄱阳湖越冬水鸟生境数值模拟模型;从食物资源与取食可及性两个方面,分苦草(Vallisneria natans)生长期和水鸟越冬期两个时段,以水深作为关键生境因子,对近10年鄱阳湖苦草及水鸟取食潜在生境面积变化进行了连续模拟;揭示了鄱阳湖苦草及水鸟取食潜在生境面积随水位的变化规律并构建了定量响应函数:苦草潜在生境面积随水位呈单峰型变化,在星子站水位为14.8 m时达到最大,约为1703 km2;越冬水鸟取食潜在生境面积随水位呈三段式变化,最大和最小面积分别约为564和476 km2,相应星子站水位分别为11.73和9.56 m.在此基础上,针对拟建的鄱阳湖水利枢纽工程,基于不同调度分期内生境保护目标的差异确定了符合天然水位波动特征的生态水位动态调控方案:下闸蓄水期内水位宜控制在16 m以下,后续根据越冬水鸟迁入情况逐步下降以增加取食生境面积,在12月次年1月的越冬水鸟数量峰值期水位宜控制在12.5 m以下,后续根据来水情况逐步过渡至江湖连通期的自然状态.成果从保护越冬水鸟食物资源与取食可及性两个方面提出了鄱阳湖水利枢纽生态水位的动态调控阈值,为江湖新水沙条件下鄱阳湖湿地生态系统保育提供了量化依据.
  • 洞庭湖生态水位及其保障研究
    王鸿翔, 朱永卫, 查胡飞, 郭文献
    2020, 32(05): 1529-1538.
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    湖泊生态水位是维持湖泊生态系统健康的重要因素.基于洞庭湖城陵矶、杨柳潭、南咀3个水文站1959-2016年日平均水位序列进行分析,采用Mann-Kendall法、累积距平法和滑动T检验法综合确定洞庭湖水位变异时间节点,结合生态水位年内展布法以及IHA-RVA法,计算分析湖泊最小和适宜生态水位,并且采用Tennant法进行合理验证,在此基础上对水文变异前、后湖泊生态水位保障度进行研究.研究结果表明:(1)洞庭湖城陵矶和杨柳潭水文站年均水位呈上升趋势,而且城陵矶站水位上升趋势显著,南咀站年均水位呈显著下降趋势.(2)洞庭湖3个典型水文站水位年际变化突变年份为2003年,突变年份基本上与三峡工程蓄水时间相符.(3)城陵矶、南咀和杨柳潭年均最小生态水位分别为21.41、28.95和27.84 m,分别占多年平均水位的86.3%、95.9%和95.7%,城陵矶、南咀和杨柳潭年均适宜生态水位分别为23.29、29.51和28.36 m,分别占多年平均水位的93.9%、97.8%和97.5%,生态水位计算结果考虑了天然湖泊水位年内丰枯变化,满足了湖泊生态目标需求.(4)洞庭湖最低生态水位保障程度较高,基本能达到80%以上,但适宜生态水位保障程度相对较低,其中2003年以后洞庭湖10月和11月生态水位保障程度显著下降,与上游水利工程蓄水有关,建议在此期间采取调度措施适当增加洞庭湖水量,以保障湖泊生态系统的健康与生物多样性.
  • 梯级筑坝对黑河水质时空分布特征的影响
    王昱, 卢世国, 冯起, 刘蔚, 刘娟娟, 刘开清, 左一锋
    2020, 32(05): 1539-1551.
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    为探究梯级大坝建设对河流水质变化规律的影响,将黑河上中游划分为坝上河段、坝下河段及自然河段,于2017年12月-2018年8月选取了24个主要控制断面进行水质调查,并采用多元统计的方法对比分析了不同时空尺度上的水质分布特征.结果表明:黑河上中游水质时空变化的主要影响因子为水温(WT)、pH值、溶解氧(DO)、电导率(EC)、总氮(TN)、总磷(TP)和五日生化需氧量(BOD_5).空间尺度上,WT、EC、BOD_5、高锰酸盐指数(CODMn)、TN等指标具有显著性差异,其中坝上河段受BOD_5、CODMn影响较大,自然河段WT、EC和TN为关键指标,而各个因子对坝下河段水质影响较小.时间尺度上,WT、EC、BOD_5、氨氮与季节变化存在明显相关性,是不同河段水质时间变化的控制因子,且大多数水质因子在非汛期变化最明显.降水、温度、水文条件等季节性影响因素和梯级水库联合运用模式是该区域水质时间差异的主要原因;空间差异主要受祁连、张掖地区外源性污染物排放以及筑坝环境下水动力条件改变而产生的沉积滞留效应和沿程累积效应影响.研究表明,外源性污染源依然是导致水质变差的主要因素,梯级筑坝则是导致水质变差的间接因素.因此控制该区域人类活动所造成的外源性污染源,并针对不同种类污染物的季节变化特征实施合理的水库运行方式是改善水电梯级开发河段水质状况的关键.
  • 基于Landsat与Sentinel-3A卫星数据的当惹雍错1988—2018年湖泊水位—水量变化及归因
    王文种, 黄对, 刘九夫, 刘宏伟, 王欢
    2020, 32(05): 1552-1563.
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    湖泊变化是气候变化的指示器.为探索利用单一短时间尺度的卫星水位数据源估算长时间序列的湖泊水量变化的可行性,本文利用短时间尺度(2016-2018年) Sentinel-3A合成孔径雷达高度计(SRAL)作为唯一卫星水位数据源,以藏北高原内陆湖泊当惹雍错为例,结合基于Landsat光学遥感数据提取的1988-2018年的湖泊面积,综合分析2016-2018年间的非结冰期遥感湖泊面积与遥感湖泊水位变化,基于该时段范围的水位变化面积变化关系和水量估算公式,估算1988-2018年湖泊水位水量变化与2001-2018年的年内变化,并结合GLDAS产品数据与雪线变化情况初步探讨湖泊变化的可能原因.结果表明:当惹雍错近30年湖泊面积扩张明显,湖泊水位、水量增加显著,相比1988年,2018年的湖泊面积、水位、水量分别增加21.1 km~2、5.29 m、44.75亿m~3.其中1988-1998年湖泊面积水位水量有所减少,2000-2018年间湖泊变化总体呈增加趋势.2001-2018年内湖泊面积、水位、水量变化呈现干湿季特征.1996-2014/2015年湖泊水量变化为38.3亿/35.5亿m~3,水量变化趋势、变化量与以往对应时间段的研究结果具有较强的一致性.湖泊面积扩张主要发生在水下地形平缓的东南部和中西部区域.结合气候因素与雪线变化的分析表明,湖泊水量变化受降雨、气温影响复杂,长时间年际尺度上的湖泊水量增长与气温的一致性较降水量强,湖泊湿季受降水量与气温的影响都较大,其中2008-2018年的湿季降水量、气温与水量变化散点拟合的确定性系数R~2分别为0.613、0.845.该研究表明Sentinel-3A合成孔径雷达数据在湖泊水量变化估算上的潜力,为利用单一且只具有短时段数据的卫星雷达数据估算长时间序列湖泊水量变化提供依据.
  • 倒置显微镜拍照法对浮游植物计数的稳定性分析
    陈明华, 史康佳, 李志杰, 蔡菲, 张浩, 张建辉, 胡文涛
    2020, 32(05): 1564-1574.
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    准确定量分析湖泊河流中浮游植物群落结构对评价湖泊河流健康和保障人类饮水安全至关重要.显微镜镜检法是定量分析浮游植物群落结构的唯一方法,但不能满足浮游植物计数分析要求.在Utermhl倒置计数管视野法基础上提出倒置显微镜拍照法,使用拍照法对小球藻、四尾栅藻、斜生栅藻3种纯藻样品和鄱阳湖野外样品计数得到:1)在5、10倍物镜下拍照因浮游植物个体太小导致计数不准确,在20、40倍物镜下拍照计数准确,增加拍照次数可较好地避免计数偏差,拍照次数是影响拍照法计数分析的主要因素; 2)小球藻、四尾栅藻、斜生栅藻在20和40倍物镜下分别拍摄5和10张照片时每升浮游植物计数稳定;鄱阳湖野外样品在20和40物镜倍下分别拍摄5、10张照片时每升浮游植物计数稳定; 3)倒置显微镜拍照法比计数框行格法、目镜视野法、目镜行格法和Utermhl倒置计数管视野法计数稳定,变异系数最小为0.812.