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  • 2021年, 33卷, 第01期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 论水生野生动物的主动保护与被动保护
    杨海乐, 危起伟
    2021, 33(01): 1-10.
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    三十多年来,人们对水生野生动物保护中的保护地建设、迁地保护、人工保种、人工驯养、人工繁育、人工养殖、增殖放流、生态修复等保护方式一直存在着激烈的争论.这反映了人们对水生野生动物保护目标、保护方式认识不一致甚至对立的问题,而其根本在于缺乏一个能够适应水生野生动物保护需求和特征的理论话语体系.本文基于对水生野生动物保护目标认知和设置的差异,基于对水生野生动物保护中人工干预方式的差异,尝试以"物种保护与生态保护"、"主动保护与被动保护"两个维度为框架建立水生野生动物保护的理论话语体系,然后着重分析水生野生动物物种保护中的主动保护与被动保护的状况与成效,指出部分水生野生动物保护地由于其整体生态格局已被改变或依然处于恶化的趋势中,并且无法避免人类活动的干扰和影响,导致了相应水生野生动物的就地保护效果不理想,而获得足够主动保护努力介入的物种在获得人工保种、人工繁育、人工养殖之后,其物种灭绝的风险已基本解除,甚至部分已野外绝迹物种还存在野外种群重建的机会.而后,以长江三种鲟鱼的保护和效果为例,对比展示了主动保护对于水生野生动物保护的必要性.建议就水生野生动物保护而言,在不遗余力抓保护地建设等被动保护的同时,更要积极地推动人工繁育、人工养殖等主动保护来对物种兜底.
  • 淡水贝类观察——生物阐释水污染和毒理的创新手段
    陈修报, 杨健, 刘洪波, 姜涛
    2021, 33(01): 11-27.
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    淡水渔业是国民经济重要产业,在产量和产值均取得巨大成就的同时,也面临着严峻的水域生态环境污染形势.与此相适应,自2003年系统性提出以背角无齿蚌(Anodonta woodiana)为专用指示生物的创新性"淡水贝类观察"研究体系(Freshwater Mussel Watch)以来,已经成功地应用于国内外的江河、湖泊和池塘等渔业生态环境无机(特别是重金属)和有机污染物胁迫的监测、评价和预警,以及毒理学、污染物积累动力学和水质净化等方面研究.本文梳理了"淡水贝类观察"在被动监测、主动监测及渔业环境研究用模式动物开发等方面的研究进展,以期为渔业以及水域生态环境污染的有效监测、评价、保护以及阐释污染毒性机制提供有益参考.
  • 天然胶体的水环境行为
    王沛芳, 包天力, 胡斌, 钱进
    2021, 33(01): 28-48.
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    胶体是一种分散相粒子具有特定粒径(通常为1 nm～1μm)的混合物,天然水体中的胶体通常是指水环境中普遍存在,而又符合"胶体"形态定义的物质的总和.因为具有特殊的表面性质以及独特的水动力学特点,天然水体中的胶体被认为是一种重要的污染物载体,尤其在促进重金属类的污染物迁移以及性质转化的过程中具有重要作用.本文归纳总结了水环境研究领域中胶体概念的提出与发展,讨论了现有研究中对胶体的定义与理解,比较了当前几种主要的胶体提取手段的特点.同时,针对胶体在水环境中的环境行为,详细归纳了河湖水体中胶体的物质组成、特征以及相应的检测手段,重点总结了胶体在水环境中对污染物的结合作用、胶体污染物的生物效应、胶体自身的团聚规律以及胶体对污染物迁移的影响机制.本文提出了胶体在水环境中复杂的组成成分与动态变化在胶体研究中的重要性,并对进一步揭示胶体环境效应的研究思路以及方法手段进行了展望.
  • 湖泊富营养化响应与流域优化调控决策的模型研究进展
    刘永, 蒋青松, 梁中耀, 吴桢, 刘晓钰, 冯秋园, 邹锐, 郭怀成
    2021, 33(01): 49-63.
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    湖泊富营养化是全球水环境领域面临的长期挑战,富营养化响应与流域优化决策模型是制定经济和高效调控方案的关键.然而已有的模型研究综述主要集中于模型开发、案例应用、敏感性分析、不确定性分析等单一方面,而缺少针对非线性响应、生态系统长期演变等最新湖泊治理挑战的研究总结.本文对数据驱动的统计模型、因果驱动的机理模型和决策导向的优化模型进行了综述.其中,统计模型包含经典统计、贝叶斯统计和机器学习模型,常用于建立响应关系、时间序列特征分析以及预报预警;机理模型包含流域的水文与污染物输移模拟以及湖泊的水文、水动力、水质、水生态等过程的模拟,用于不同时空尺度的变化过程模拟,其中复杂机理模型的敏感性分析、参数校验、模型不确定性等需要较高的计算成本;优化模型结合机理模型形成"模拟优化"体系,在不确定性条件下衍生出随机、区间优化等多种方法,通过并行计算、简化与替代模型可一定程度上解决计算时间成本的瓶颈.本文识别了湖泊治理面临的挑战,包括:①如何定量表征外源输入的非线性叠加和湖泊氮、磷、藻变化的非均匀性?②如何提高优化调控决策和水质目标的关联与精准性?③如何揭示湖泊生态系统的长期变化轨迹与驱动因素?最后,本文针对这些挑战提出研究展望,主要包括:①基于多源数据融合与机器学习算法以提升湖泊的短期水质预测精度;②以生物量为基础的机理模型与行为驱动的个体模型的升尺度或降尺度耦合以表达多种尺度的物质交互过程;③机器学习算法与机理模型的直接耦合或数据同化以降低模拟误差;④时空尺度各异的多介质模拟模型融合以实现精准和动态的优化调控.
  • 1988-2018年滇池氮磷比的时空演变特征与原因解析
    高伟, 程国微, 严长安, 陈岩
    2021, 33(01): 64-73.
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    氮、磷浓度是制约湖泊营养状态和生产力水平的重要环境因子,而氮磷化学计量比是湖泊生态系统的主要指标,因此,判识氮磷比变化趋势及其驱动力对湖泊生态恢复具有重要意义.研究基于1988 2018年连续观测数据,分析了滇池氮磷浓度和氮磷摩尔比(简称氮磷比)的时空分布演变特征;采用多元线性回归模型分别对滇池草海和外海氮磷比驱动效应进行定量解析,筛选出影响湖体氮磷比变化的潜在驱动因子.结果表明:①1988 2018年滇池氮磷比呈现显著的线性上升趋势,其中草海和外海氮磷比分别上升1.3和0.7 a-1.②草海和外海分别在2008年和2004年发生了氮磷比上升突变,突变前上升归因于总氮浓度快速增加,突变后则是由于总磷浓度下降较快.③滇池的氮磷浓度变化主要是受流域氮磷输入负荷、跨流域调水、流域氮磷削减、风速和水位的综合影响,但受控因子在不同区域可能存在差异.④气温是滇池氮磷比变化的主要驱动因子,流域人为氮磷输入差异是滇池氮磷比变化的次要驱动因子.
  • 基于水华蓝藻固有光学特性的主要类群定量识别方法
    褚乔, 张壹萱, 张玉超, 马荣华, 胡旻琪
    2021, 33(01): 74-85.
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    蓝藻水华是湖泊水体富营养化的重要特征之一,不同水华蓝藻类群形成的水华特征、危害及其治理方法差异显著.因此,如何快速、准确地掌握不同蓝藻类群的时空分布特征成为实施富营养化湖泊污染治理与生态恢复、蓝藻生态灾害预测预警中一个亟待解决的科学问题.本研究基于纯藻种实验室培养和室内光学控制实验,在微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻(Dolichospermum)、束丝藻(Aphanizomenon) 3种主要水华蓝藻固有光学特性的基础上,通过甄别不同水华蓝藻的吸收、散射和后向散射光谱的特征波段,构建了基于吸收和散射特性的5种水华蓝藻类群的非线性最优化定量识别模型,其中,基于440、620和675 nm 3个波段吸收的a-CIM440,620,675具有较为稳定的定量识别能力;并基于野外实测光学特性数据,实现了巢湖主要水华蓝藻类群的定量监测,初步分析了巢湖主要水华蓝藻类群的时空分布特性.研究表明,巢湖的水华蓝藻以鱼腥藻、微囊藻为主,束丝藻较少,鱼腥藻主要出现在温度较低的季节,微囊藻在夏季的西部湖区占优势;巢湖水华主要为微囊藻藻华和鱼腥藻藻华,且浓度较高的蓝藻主要存在于水体表面以下20 cm范围内;微囊藻和鱼腥藻在非藻华断面垂向上均匀分布.本研究可为富营养化湖泊蓝藻水华预测预警以及相关管理部门决策提供重要的理论依据和科学支撑.
  • 西藏巴松错浮游植物功能群垂直分布特征及其与环境因子的关系
    安瑞志, 潘成梅, 塔巴拉珍, 杨欣兰, 巴桑
    2021, 33(01): 86-101.
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    为了解青藏高原湖泊浮游植物功能群垂直分布特征与环境因子的关系,本文选取西藏东南部最大的高山冰川堰塞湖之一的巴松错为研究对象,于2017年11月(枯水期)和2018年9月(丰水期)在湖心利用挂锤式深水采样器进行浮游植物垂直分层采样,共设置7个断面,采集水样84个.应用浮游植物功能群、相关性分析、冗余分析(RDA)等方法,对巴松错浮游植物功能群垂直分布特征及其与环境因子的关系进行了研究.结果表明:1)巴松错水体稳定性强,水温有明显的分层现象,枯水期在30～60 m处形成温跃层,丰水期在1～15 m和30～60 m处形成双温跃层; 2)巴松错浮游植物群落共鉴定7门76属242种,物种组成均表现为硅藻蓝藻绿藻型结构; 3)根据浮游植物功能群分类方法,可划分为25个功能群,分别为A、B、C、D、E、F、G、H1、H2、J、LM、LO、M、MP、N、P、S1、S2、T、W1、W2、X1、X2、X3和Y,优势功能群从枯水期的MP、D、LO、P转变为丰水期的D、F、LO、MP、N、P,其中MP功能群为巴松错浮游植物群落绝对优势群; 4)通过RDA表明,不同水情期浮游植物功能群垂直分布特征受环境因子影响差异较明显,整体上,pH、总氮和氨氮浓度是影响浮游植物功能群分布格局的主要环境因子.
  • 鄱阳湖丰水期着生藻类群落空间分布特征
    钱奎梅, 刘霞, 陈宇炜
    2021, 33(01): 102-110.
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    着生藻类一般生长位置相对稳定,其群落分布主要受环境因素的影响,同时,着生藻类还是重要的水环境指示生物.本研究对鄱阳湖丰水期5个典型湖区(主航道、西部湿地、南矶湿地、撮箕湖和东南湖汊)着生藻类的群落结构特征进行调查,包括生物量、优势种及生物多样性,分析影响着生藻类群落区域分布的环境因子,以期为鄱阳湖水环境保护和水资源合理利用提供基础资料.结果表明:鄱阳湖着生藻类群落以硅藻、绿藻和蓝藻为主;鄱阳湖着生藻类总生物量有着明显的区域差异:主航道区域的生物量相对最高,平均为419 mg/m2;其次是东南湖汊,平均为322 mg/m2;南矶湿地和西部湿地分别为172和52 mg/m2;而撮箕湖的总生物量相对最低,为9 mg/m2.主航道的着生藻类优势种群为绿藻和硅藻,西部湿地、南矶湿地、撮箕湖和东南湖汊4个区域的优势种群为硅藻.冗余分析结果显示鄱阳湖丰水期着生藻类群落分布与总磷、电导率、p H值、总氮、硝态氮和悬浮物等理化因子关系较为密切.鄱阳湖主航道与长江连通,水体流速高;西部湿地、南矶湿地、撮箕湖和东南湖汊为季节性连通湖泊,丰水季节与主湖区水体连为一体,枯水季节独立蓄水.5个湖区的区域差异是导致其着生藻类群落结构差异的重要原因之一.着生藻类的多样性指数分析表明鄱阳湖水体处于中度污染状态.
  • 夏季东太湖光合有效辐射衰减特征及其对沉水植物恢复的指示
    徐德瑞, 周杰, 吴时强, 戴江玉, 吴修锋
    2021, 33(01): 111-122.
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    水下光照分布是影响水生态系统的重要因素,研究光合有效辐射衰减特征对于沉水植物恢复具有一定的指导意义.根据沉水植物生物量资料,将东太湖划分为沉水植物茂盛区、沉水植物稀疏区和无植物区3种区域.基于2019年夏季原位水下光场资料,探讨了东太湖光衰减特性和光照衰减因子的空间差异以及不同区域内的主导衰减因子,分析了东太湖的稳态阶段和富营养化水平,并阐述了真光层深度与透明度的关系,以期为东太湖沉水植物恢复和保护提供相关资料.结果表明:东太湖不同区域光衰减特性差异显著,光合有效辐射衰减系数(kd(PAR))在0.73～11.80 m-1之间变化,真光层深度范围为0.39～6.31 m.不同区域的无机悬浮物和有机悬浮物浓度存在显著性差异,稀疏区叶绿素a浓度显著高于茂盛区,而与无植物区没有显著差异,有色可溶性有机物(CDOM)吸收系数在3种区域无显著性差异.kd(PAR)与无机、有机悬浮物的线性拟合效果较好,而与叶绿素a、CDOM拟合较差.水体吸收和散射作用是茂盛区光衰减的主要原因,无植物区域主导衰减因子仅有无机悬浮物,稀疏区由叶绿素a和无机悬浮物共同主导,是生态修复需要重点关注的区域,有机悬浮物和CDOM对东太湖光照衰减没有太大影响.东太湖目前正处于从草型稳态向藻型稳态过渡的阶段,整个湖泊属于富营养水平,真光层深度大约为透明度的2.7倍.
  • 喀斯特湿地水葫芦(Eichhornia crassipes)生长及表型可塑性特征对不同富营养化水体的响应
    滕秋梅, 孙英杰, 沈育伊, 张德楠, 徐广平, 周龙武, 张中峰, 黄科朝, 何文, 何成新
    2021, 33(01): 123-137.
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    选择桂林会仙喀斯特湿地,以不同富营养化水体中生长时期为6月(生长旺盛期)和8月(暴发高峰期)的水葫芦(Eichhornia crassipes)为研究对象,探讨不同富营养化条件下水葫芦的生长及表型可塑性响应特征,以揭示水葫芦对不同富营养化水体的生态适应机制.结果表明:水葫芦的株高、根长和叶绿素含量均随水体富营养化程度的增加而降低,叶柄数、叶柄宽、叶片数、叶长、叶宽、匍匐茎数和分株速率随着水体富营养化程度的增加而升高;各性状参数在暴发高峰期均略高于生长旺盛期;根生物量、茎生物量、叶生物量和总生物量均随水体富营养化程度的加深而增加,茎生物量高于根生物量和叶生物量;水葫芦生物量的分配以及性状间的权衡关系(根生物量比、茎生物量比、叶生物量比和茎叶比等)因生长时期的不同而呈现差异性,表现出较强的表型可塑性特征;水体总有机碳、总氮、总磷、硝态氮、氨氮和叶绿素a浓度分别与水葫芦的茎生物量、叶宽、匍匐茎数和分株速率间存在显著的正相关关系,与根长、株高、叶生物量比和茎叶比间存在显著的负相关关系;水葫芦的表型可塑性指数在0.009～0.792之间,叶重比的可塑性指数最大,根冠比最小,重度富营养化水体下的可塑性指数最大.在会仙喀斯特湿地不同富营养化水体环境中,水葫芦通过外部形态结构调节和生物量的配比关系,产生了有利于其入侵和存活的较强的表型可塑性,是其生存繁殖的重要响应机制之一.
  • 城市场次降雨径流污染负荷快速估算方法
    何胜男, 陈文学, 廖定佳, 周瑾, 穆祥鹏
    2021, 33(01): 138-147.
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    城市降雨径流污染是城市水质恶化的重要原因之一,定量计算城市降雨径流污染负荷,是实施城市水环境污染总量控制管理的基础和关键,可为城市水环境治理和污染控制提供科学依据.本文以污染物累积冲刷理论为基础,提出了"特征面积"的概念和计算公式,建立了场次降雨径流污染负荷数学模型,并结合案例,对数学模型在有效性、预测精度、适用性和局限性等方面进行评价.结果表明,特征面积较好地反映了污染物在各类土地上的污染负荷特性,场次降雨径流污染负荷与特征面积和降雨量的乘积呈正比.利用3场及以上降雨径流污染负荷结果,可较好地率定模型,从而可快速且较准确地估算单场次降雨径流污染负荷.该方法简单实用,获取数据工作量小,适用地区广.对于小降雨事件,建议采用降雨量相近的观测结果对模型进行率定,以提高模型的预测精度.
  • Fenton体系处理黑臭河道沉积物的效果初探
    罗春燕, 巩小丽, 张巧颖, 陈煜, 杜瑛珣
    2021, 33(01): 148-157.
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    沉积物中有机质的削减是黑臭水体治理的关键.Fenton(Fe2++H2O2)试剂在有机污染废水和土壤原位修复中的应用广泛且效果良好; Fenton试剂也能很好地去除黑臭水体中的色度和浊度,但其氧化沉积物有机质的研究未见报道.为探究Fenton试剂对黑臭水体沉积物的氧化效果,本研究通过室内模拟实验用Fenton氧化法对黑臭河道沉积物进行处理,考察氧化过程沉积物特征和性质的变化;分析覆水后沉积物中污染物的释放特征,并和H2O2体系(无Fe2+)进行比较.结果表明:Fenton体系显著提高了沉积物与上覆水的氧化还原电位,对黑臭河道沉积物中的有机质具有很强的氧化效率.在温度为28℃、H2O2为20%Q(Q为体系中沉积物有机质完全矿化的理论H2O2用量)和Fe2+∶H2O2(摩尔比)为0.5∶1时,反应1 d,酸挥发性硫化物去除率为70.13%,沉积物总有机碳减少了22.14%,总有机氮减少了87.60%,生成了较多的铵态氮和硝态氮;由于铁对磷的钝化,沉积物中溶解性反应磷含量大幅减少.H2O2体系的氧化速度较Fenton体系慢,覆水后对体系中的Eh提高不明显.值得注意的是,Fenton体系会降低上覆水的pH,释放较多的铵态氮.需要联合其他技术(如微生物法),强化水体中有机质和氨氮的降解,以取得理想的修复作用.
  • 鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质来源分析
    王毛兰, 熊鑫, 何昶, 赵茜宇, 刘景景
    2021, 33(01): 158-167.
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    通过对鱼苗时期鄱阳湖网箱养殖区沉积物、饵料及鱼粪等样品总有机碳(TOC)含量、总氮(TN)含量、碳氮比(C/N)、δ13C及δ15N的测定,分析探讨了鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质来源,量化了网箱养殖废物对养殖区沉积物有机质的贡献.结果表明,网箱养殖区沉积物的δ13C和δ15N值分别为-27.67‰～-25.65‰和5.19‰～7.27‰,饵料的δ13C和δ15N值分别为-24.73‰和10.28‰,鱼粪的δ13C和δ15N值分别为-26.30‰和15.54‰.网箱养殖区沉积物有机质来源主要有残饵、浮游生物及其他来源,其贡献率分别为48.3%±11.4%、25.6%±11.3%及26.0%±5.8%,而鱼粪的贡献几乎可以忽略不计.在水动力平流引起的扩散及沉积物的再悬浮的影响下,网箱养殖源有机质的扩散距离达1500 m.在鱼苗时期,鱼类网箱养殖的残饵是鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质的主要来源.
  • 不同丰枯情景下长江三角洲非通江湖泊(滆湖、淀山湖和阳澄湖)有色可溶性有机物组成特征
    石玉, 李元鹏, 张柳青, 郭燕妮, 周蕾, 周永强, 张运林, 黄昌春
    2021, 33(01): 168-180.
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    长三角地区大部分湖泊为非通江湖泊,地势低平,港汊及闸坝众多,水流宣泄不畅,水力滞留时间较长,加之周边地区城镇人口稠密.因此与水滞留时间短的通江湖泊相比,非通江湖泊的有色可溶性有机物(CDOM)来源和组成具有差异性.本文选取了3个重要的中型非通江供水湖泊——滆湖、淀山湖和阳澄湖,对枯水期、平水期、丰水期3种水文情景下CDOM组成结构变化特征进行分析,从而进一步揭示该类湖泊CDOM来源和对水文情景响应的内在机理.结果表明:滆湖、淀山湖和阳澄湖通过平行因子分析法得到2种类腐殖质(C1和C4)和2种类蛋白质(C2和C3),湖泊CDOM结构受到降雨事件和人类活动的双重影响.三个湖泊类蛋白质的高值在空间上主要集中在人类活动频繁的湖区,并且类蛋白质平均荧光强度与叶绿素a浓度相关性较差,说明湖泊类蛋白质组分受到内源藻类降解、外源人类生产生活排放双重作用的影响.三个湖泊类蛋白质的平均荧光强度和总氮浓度均在枯水期显著高于丰水期,说明降雨量的增加可以稀释湖泊有机质浓度;同时,陆源类腐殖质C1与溶解性有机碳、总氮、总磷、叶绿素a浓度呈显著正相关,并且随着降雨量增加,类蛋白质的占比逐渐降低,滆湖从86.84%降低至62.49%,淀山湖从96.53%降低至90.56%,阳澄湖从98.40%降低至96.26%,说明降雨事件也可以增强径流的冲刷作用,携带更多腐殖化程度高的陆源有机质进入湖泊.本研究发现降雨过程和人类活动共同作用于滆湖、淀山湖和阳澄湖CDOM库,研究结果可以为进一步保障太湖流域人类用水安全提供参考依据.
  • 水位对洞庭湖湿地4种典型沉水植物的影响
    刘向东, 侯志勇, 谢永宏, 于晓英, 李旭, 曾静
    2021, 33(01): 181-191.
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    近年来,受全球变化及高强度人为干扰的影响,湿地退化严重(洞庭湖湿地枯水期提前、枯水期水位持续降低和浅水洼地减少),导致洞庭湖湿地沉水植物大面积消亡.深入研究洞庭湖低水位对沉水植物的生长影响,对指导沉水植物恢复有重要意义.以我国典型通江湖泊洞庭湖典型沉水植物为研究对象,模拟野外沉水植物主要分布区域浅水洼地水文环境,设置4个水位梯度(25、50、75、100 cm),探讨竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)的生长、生物量和生理活性对水位变化的响应.结果显示:(1)前期底质养分含量为:总氮0.09%、总磷0.09%、总钾3.04%、碱解氮20.87 mg/kg、速效磷10.7 mg/kg、速效钾326.67 mg/kg、硝态氮6.97 mg/kg、氨氮6.59 mg/kg、有机碳1.21%、有机质2.09%,2个月后,不同水位的底质养分含量有差异,100和75 cm水池的养分含量高于50和25 cm,氨氮、有机质和有机碳含量在25 cm水位的水池较高;(2) 75 cm水位适合竹叶眼子菜和黑藻生长,100 cm水位适合苦草和金鱼藻生长;(3) 100 cm水位有利于竹叶眼子菜的繁殖及生物量积累,75 cm水位有利于黑藻和金鱼藻的繁殖及生物量积累,50 cm水位有利于苦草的繁殖及生物量积累;(4) 100 cm水位下的沉水植物酶活性强,75和50 cm水位下的沉水植物次之,25 cm水位下的最弱.以上结果表明,4种沉水植物的生长特征和生物量积累随水位变化,在水域生态恢复中应考虑将水位控制在50～100 cm之间,这样有利于促进种群生物量和水生生态系统的恢复.
  • 水位波动的幅度与频率对刺苦草(Vallisneria spinulosa)生物量和形态特征的影响
    丁明明, 黎磊, 金斌松, 陈家宽
    2021, 33(01): 192-203.
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    沉水植物是维持浅水湖泊清水稳态以及湖泊生态系统结构与功能的关键生物类群.近年来,气候变化和人类活动的双重作用造成湖泊水文情势的明显改变,对沉水植物的生长、繁殖和演替有着较大的影响.本文选取2个水位波动幅度与2个波动频率(逐渐改变水位),以恒定水位作为对照,研究湿地中具有重要生态功能的沉水植物刺苦草(Vallisneria spinulosa)的生物量及地上和地下营养器官形态结构对水位波动的响应.结果表明,相对于恒定水位,波动水位(低幅度低频率、低幅度高频率、高幅度低频率、高幅度高频率)对刺苦草的总生物量和获取限制资源相关器官有显著影响.相比于对照组,水位波动能够显著降低刺苦草分株数、叶片数、根数、根长、匍匐茎数、总匍匐茎长以及叶、根、地上和地下生物量,但会显著增加其株高和比叶面积.不同波动频率(低频率和高频率)和幅度(低幅度和高幅度)对光合器官的形态特征都没有显著影响,但叶和地上部分的生物量积累均受到波动幅度的显著影响.水位波动幅度显著改变了刺苦草的根数和根长,而波动频率的影响不显著.因此,对浅水湖泊受损刺苦草群落进行重建时,应避免较大幅度的水位波动,从而有利于增强植株快速恢复的能力.
  • 河流大型底栖动物对环境压力的响应:以太湖、巢湖流域为例
    张又, 蔡永久, 张颖, 高俊峰, 李宽意
    2021, 33(01): 204-217.
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    为了解河流大型底栖动物对环境压力的响应关系,以人类干扰程度不同的太湖流域和巢湖流域为研究区,系统调查区域内河流大型底栖动物,结合水体、沉积物理化数据及生境质量状况,运用空间分析和多元统计分析等方法,探讨了大型底栖动物多样性及典型物种对关键环境因素的响应规律.结果表明,太湖流域和巢湖流域的环境质量和大型底栖动物群落结构均差异较大,巢湖流域的生境质量优于太湖流域,巢湖流域平原区部分点位的水体营养盐(特别是氮浓度)高于太湖流域平原区.巢湖流域丘陵区的敏感型物种(主要为水生昆虫)密度远高于太湖流域丘陵区,太湖流域丘陵区的耐污型物种(寡毛纲)平均密度稍高于巢湖流域丘陵区,而巢湖流域平原区的寡毛纲霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)和苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi)平均密度远高于太湖流域平原区.广义加性模型建立的响应关系曲线表明,栖境多样性和总氮浓度可以作为生物多样性的指示因子.铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)、椭圆萝卜螺(Radix swinhoei)、河蚬(Corbicula fluminea)、霍甫水丝蚓、苏氏尾鳃蚓、黄色羽摇蚊(Chironomus flaviplumus)等特征物种与特定环境因子的响应关系显著,这些物种也可以作为环境监测的指示物种.底栖动物环境梯度的响应曲线能够定量地描述底栖动物群落对环境因子的响应关系,有利于深入了解水体水质、营养状态及生境质量与大型底栖动物群落结构的相关关系,进而预测不同人为干扰下大型底栖动物群落结构的变化趋势和演替过程.
  • 1988-2016年洞庭湖大型底栖动物群落变化及驱动因素分析
    王丑明, 张屹, 田琪, 黄代中, 高吉权, 刘云志, 龚正, 陶世新, 孟星亮
    2021, 33(01): 218-231.
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    洞庭湖是我国第二大淡水湖泊,其水文条件对湖泊湿地生态系统健康的维系发挥着不可替代的作用.近年来,水环境恶化日益威胁湖区水生态系统健康.然而,有关底栖动物水生态健康评价的研究仍然停留在物种群落结构方面,缺乏底栖动物群落功能对水污染响应的研究,尤其在较长时间尺度上.因而,本研究分析了1988 2016年近30 a来洞庭湖的水质和底栖动物群落数据,探寻底栖动物群落功能对水环境恶化的响应规律.结果表明,洞庭湖水体总氮浓度是威胁底栖动物物种和功能群落变动的主要因素.此外,不断恶化的水环境驱动底栖动物物种和功能群落结构改变,表现为敏感水生昆虫的比例下降,寡毛类、小型软体动物比例的上升,并伴随着体长为1.00～1.99 cm、背扁型、侧扁型、不移动等功能性状类别比例的下降.同时,水环境恶化降低物种丰富度、功能丰富度和劳氏二次熵多样性.基于距离的冗余分析结果显示,水体氮营养盐、重金属离子和有机污染物共同驱动底栖动物物种群落结构的变异,而营养盐类与无/有机污染物决定着其功能群落结构的变异.鉴于洞庭湖水质不断恶化的状况,本研究建议采取一系列措施,包括合理管控湖区周边废水直排入湖、取缔湖区内的非法采砂以及调控枯水季洞庭湖水位等.生物监测和评价方面,建议将底栖动物物种和功能群落一并纳入评价体系,且优先选用物种丰富度、功能丰富度和劳氏二次熵指数评估换水周期较短的大型浅水湖泊水质变化对底栖动物物种和功能多样性的影响.
  • 西江广东鲂(Megalobrama terminalis)繁殖生物学及繁殖策略
    刘亚秋, 李新辉, 李跃飞, 陈蔚涛, 李捷, 朱书礼
    2021, 33(01): 232-241.
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    探究鱼类繁殖策略是了解鱼类种群动态的关键.通过对珠江西江流域重要的经济鱼类广东鲂(Megalobrama terminalis)生殖周期、产卵时间、成熟期长度、生殖力类型和生殖力等方面进行研究,阐明在人类活动日益加强下,西江广东鲂的繁殖策略适应性变化情况.研究表明,广东鲂个体平均体长245 mm,优势体长集中在260～280 mm,平均体重347 g,优势体重集中在320～480 g.用L50逻辑斯谛回归方法推算广东鲂雌鱼和雄鱼初次性成熟体长分别为244.5和232.2 mm.雌雄性比例为1.105∶1,且随着体长增加,雌雄性比呈现出先下降后上升的变化趋势.广东鲂繁殖群体在产卵季节为4 8月,产卵高峰为6月初持续到7月上旬,产卵季节内广东鲂鱼苗的密度与径流量显著相关.广东鲂绝对繁殖力平均为73069粒,相对繁殖力平均为118.7粒/g,绝对繁殖力与体长和体重均呈正相关.广东鲂繁殖群体性腺成熟系数与性腺重、肥满度以及体重密切相关.广东鲂种群繁殖策略在人类活动加剧影响下呈现出适应性变化:初次性成熟体长变小,绝对繁殖力下降.
  • 基于系统动力学的巢湖流域水资源承载力动态预测与调控
    张礼兵, 胡亚南, 金菊良, 吴成国, 周玉良, 崔毅
    2021, 33(01): 242-254.
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    湖泊流域水资源承载能力动态预测与调控是维护湖泊生态安全、保障社会经济健康持续发展的重要基础和手段.本文以巢湖流域为研究对象,提出基于系统动力学的湖泊流域水资源承载力动态预测技术和试验优化调控方法.首先以县(市)为基本单元构建水资源承载力系统动力学模拟与动态预测模型;再从空间上将各县(市)耦合为流域系统整体模型,并通过敏感性分析筛选量质要素调控指标;最后采用正交试验设计确定流域水资源承载力优化调控方案.结果表明:由于流域内产业规模的扩大以及城镇化率的提升,2017 2050年巢湖流域水资源承载状态值整体呈恶化趋势,并于2030年以后将长期处于超载状态,通过对影响要素针对性优化调控后,2017 2050年流域水资源承载状态均达到临界或可载.研究表明本文提出的方法对于促进区域社会经济环境协调发展和改善流域水资源承载力具有较好的实际应用价值.
  • 太湖流域梅雨的划分及其典型年异常成因分析
    吴娟, 梁萍, 林荷娟, 吴志勇, 钱琦雯
    2021, 33(01): 255-265.
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    针对目前尚缺乏客观的流域梅雨划分指标的现状,本文依据最新的梅雨监测国家标准与NCEP/NCAR再分析资料,利用1986 2016年太湖流域水文年鉴逐日雨量整编资料,重新划分了太湖流域入/出梅日期,计算了梅雨特征量,构建了梅雨洪水指数(RFI),并对梅雨期超设计、超警戒洪水年的环流异常成因进行分析.研究表明:(1)新标准下太湖流域多年平均在6月17日入梅,7月11日出梅,梅雨期长度24 d,梅雨量266.8 mm;与历史序列相比,新标准确定的梅雨量一致率较高,其次是入梅时间和出梅时间.(2)雨日数和副高脊线北跳时间是影响入/出梅确定的两个重要因素,新标准将1992、2013年定为空梅,1986、1987、1989、1996、2005年历史入/出梅日期向后调整,1988、2007年出梅日期向前调整,更为合理地反映了梅雨的高温高湿气候特征,客观性较强.(3)梅雨量越大,雨强越大,太湖水位越高,流域越易涝;以梅雨洪水指数作为参考因子,考虑到影响太湖洪水形成的两个关键因子(梅雨期起涨水位、最大7 d降水量占梅雨量的比例),对入梅起涨水位异常偏高、因集中强降雨引起太湖洪水的指示意义较强.(4)高低纬环流配置关系密切,来自西太平洋经南海的偏南气流、印度洋经孟加拉湾的西南暖湿气流汇合后与来自北方的冷空气在太湖流域交汇,太湖流域垂直上升运动异常强烈,触发降雨层结不稳定能量释放,导致暴雨持续形成洪水.
  • 近100年来长江与洞庭湖汇流河段水文特征演变
    肖潇, 毛北平, 吴时强
    2021, 33(01): 266-276.
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    洞悉长江洞庭湖汇流河段的水文关系及其变化规律对确保长江中下游的防洪安全至关重要.为了掌握汇流河段水文特征演变情况,本文结合汇流河段处监利、城陵矶、螺山等国家重要水文控制断面的近百年水文资料,通过M-K检验、Morlet小波分析等方法研究了该河段逐日水位、流量等水文数据,分析了汇流河段年内分配、年际变化、变化趋势、突变点及变化周期等水文特征,并探讨了具体成因.研究结果表明:①长江与洞庭湖汇流河段年最高水位一般出现在7月,年最低水位一般出现在1、2月;②汇流河段年径流量主要集中在5 9月,占年径流总量的63.64%～73.44%;③近50年城陵矶水位高、中、低水分别约抬升0.98、0.56、1.46 m;④近10年城陵矶与监利年径流比降至0.66.⑤在长江中下游水利开发历程中,经突变检验表明,下荆江裁弯取直和三峡蓄水175 m对江湖水文特征的影响较为明显.⑥城陵矶站和螺山站的年径流量、水位平均周期约为16 a,监利站的年径流量、水位平均周期约为8 a.⑦1954 2017年间,汇流比最大值一直在降低,其发生时间在逐渐提前.以上成果为深入研究流域复杂的江湖演变规律提供了科学参考.
  • 长江中游沙质河段床沙级配调整过程计算
    李林林, 夏军强, 周美蓉, 邓珊珊
    2021, 33(01): 277-288.
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    三峡工程运用后,长江中游荆江河段持续冲刷,床沙与推移质、悬移质泥沙不断交换,从而造成该河段床沙发生不同程度的调整,对长江中下游河床演变及非平衡输沙机理的研究具有重要影响.在新水沙条件下,总结分析了沙波运动特性及床沙交换方式,引入Markov三态转移概率及非均匀沙隐暴系数,得到基于状态转移概率的沙质河段床沙级配调整的计算模型.研究结果表明:(1) 2009 2014年,沙市站年内床沙中值粒径有先增大后减小的趋势,而监利站年内床沙中值粒径则先减小后增大,且荆江河段年际床沙中值粒径总体呈上升趋势,粗化程度约为6.9%～9.3%;(2) 2009 2014年,沙市站床沙组成中粒径d<0.062 mm的泥沙所占比重不变,0.062 mm≤d<0.25 mm的泥沙所占比重逐年减少(累计减少11.4%),d≥0.25 mm的泥沙所占比重逐年增加(累计增加11.4%),而监利站床沙组成均存在波动性变化;(3)荆江河段床沙转换为推移质的概率随着泥沙粒径的增大而增大,床沙转换为悬移质的概率随着泥沙粒径的增大而减小,而推移质和悬移质转换为床沙的概率均随着泥沙粒径的增大而增大,河床发生冲刷粗化时泥沙输移的主要形式为悬移质(概率为81%～87%),而淤积细化时床沙补给主要来源于推移质(概率为8%～12%).通过验证,本文概率模型的计算结果与实测资料符合较好,能够应用于长江中游沙质河段年际床沙粗化及年内床沙级配调整过程预报,为进一步开展三峡工程下游非均匀悬移质泥沙沿程恢复机理的研究提供理论基础.
  • 洪泽湖水沙变化趋势和冲淤时空分布及驱动因素
    贲鹏, 虞邦义, 张辉, 胡勇
    2021, 33(01): 289-298.
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    为了研究洪泽湖水沙特性、变化趋势与冲淤时空分布规律,运用累积距平法、Mann-Kendall趋势与突变检验以及R/S分析法等方法,分析了洪泽湖1950 2016年的水沙特征;采用地理信息技术,基于1992年和2016年实测地形,对湖区泥沙冲淤空间分布进行了定量计算与分析.结果表明,入湖径流量无明显增加或减少的趋势,输沙量和含沙量呈明显减小趋势,1990年以后含沙量基本稳定在0.2 kg/m3以下;淮河干流(包括池河)入湖水量和沙量约占入湖总量的89.6%,三河闸出湖水沙占总出湖量的60%.淮干入湖口和溧河洼为主要淤积区域,淤积量分别为2300×104和1900×104m3,平均淤积厚度分别为0.35和0.25 m;其他区域自然冲淤基本平衡.上游水库和河道闸坝的拦沙作用、农业种植结构变化和水土保持、大规模人工采砂等是入湖沙量减少的主要影响因素;湖区水动力特性是泥沙自然淤积主导因素,而湖区库容变化的主因则是人工采砂、围湖造田和围网养殖,且人类活动的影响远大于自然冲淤.
  • 三峡水库中段库底水体CH_4浓度变化及其主要影响因素
    秦宇, 苏友恒, 李哲, 刘正勉, 张渝阳
    2021, 33(01): 299-308.
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    甲烷(CH4)是一种重要的温室气体,对全球气候变化有不可忽视的影响.三峡水库是中国最大的水库,其潜在的CH4释放近年来备受关注.然而,此地区现存研究主要集中于水气界面通量观测,对库底沉积物同底层水体CH4浓度变化之间关系的认知仍然欠缺.为探究三峡水库泥沙主要沉降淤积的中段区域库底水体CH4浓度变化及其主要影响因素,本研究于2017年8月2018年11月在涪陵南沱镇、忠县石宝寨、万州小周镇采集库底上覆水体和底泥样本,并结合三峡水库调度运行特征进行分析.结果表明,三峡水库中段库底上覆水CH4浓度范围为0.02～0.91μmol/L,二氧化碳(CO2)浓度范围为0.006～0.105 mmol/L,沉积物有机碳含量范围为7～90 g/kg,总氮含量范围为0.27～45.6 g/kg.另外,三峡水库低水位运行时期(5 9月),上游及陆源输入大量异源性有机碳是该时期三峡库中段底部CH4积累的充分条件.在水库高水位运行时期(10月次年4月),水位与径流变化对三峡水库中段底部CH4的影响并不明显,库底自源性有机质相对比重有所增加,温度是该时期影响水库底层水体CH4浓度分布的主要水环境因素.
  • 近30年来鄱阳湖生态系统服务变化
    陈旻坤, 徐昔保
    2021, 33(01): 309-318.
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    鄱阳湖是我国最大淡水湖,在维持区域生态安全和生态平衡中发挥重要作用.为了解近30年鄱阳湖生态系统服务变化情况,本文对已有文献与监测数据进行收集整理,直接获取鄱阳湖水资源供给、渔业资源供给、水环境净化服务数据,通过输沙量法、Berger-Parker优势度指数计算泥沙淤积调控和生物多样性维持服务,利用RMSD方法分析1992 2014年鄱阳湖生态系统服务关系.结果表明:(1)渔业资源供给和水环境净化服务不断下降,水资源供给和泥沙淤积调控服务在2010s有所恢复;(2)冬候鸟种类和数量增加,鱼类种群结构逐渐恢复,但Berger-Parker指数总体上升;(3)浮游植物、底栖动物多样性上升,浮游动物多样性下降;(4)不同时间尺度各服务间均为高权衡关系,水环境净化服务相对收益始终高于其他服务.
  • 淡水磷酸盐氧同位素前处理方法的优化
    薛珂, 张润宇, 安宁, 陈敬安, 邹银洪, 刘勇, 张志
    2021, 33(01): 319-326.
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    磷是地表水体中的关键性营养盐,在水生生态系统的物质循环与能量流动方面发挥着重要作用,研究水体中磷的来源、转化与归趋对于了解水环境的演变过程与科学保护具有重要意义.近年来,磷酸盐氧同位素(δ18OP)技术已逐渐应用于淡水环境中磷的来源示踪与生物地球化学循环研究,其样品前处理主要沿用海水方法体系.相比而言,淡水样品中PO34-浓度通常较低,有机质和干扰离子含量却较高,复杂的样品前处理过程极大地制约了δ18OP分析在淡水环境体系的广泛应用.为此,本研究针对现有海水样品δ18OP前处理方法在地表淡水环境的适用性加以检验,并进行了三点优化改进:①将MAGIC沉淀步骤使用的Mg Cl2替换为Mg(NO3)2,避免了Cl-的干扰,减少Ag Cl杂质的生成;②调节生成Ag3PO4溶液pH值为8.0,保证Ag3PO4沉淀快速完全;③对Ag3PO4沉淀过程采用避光处理,降低了Ag NO3及Ag3PO4可能的光解影响,提高了Ag3PO4的纯度,使δ18OP的测试结果更为准确.本改进方法为后续利用δ18OP技术深入探究淡水环境中磷的生物地球化学循环与生态环境效应提供了有益的方法借鉴.