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  • 2021年, 33卷, 第06期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 基于分子标记的藻类鉴定研究进展
    张军毅, 孙蓓丽, 朱冰川, 石浚哲, 周克茹, 吕学研, 葛芹玉, 张咏, 陆祖宏, 张虎军
    2021, 33(06): 1607-1625.
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    藻类鉴定被广泛应用于藻类遗传学、生理学、生态学和应用藻类学,尤其是藻类调查和评估.然而,基于形态学的鉴定往往因为分类特征未出现或不典型、设备限制和人员经验欠缺等原因带来较大误差.随着测序技术的不断发展,分子标记已成为藻类鉴定的一个通用工具.由于藻类类群众多且差异很大,分子标记的选择成为藻类鉴定的关键.本文综述了蓝藻、硅藻、绿藻、甲藻、裸藻、隐藻、金藻、黄藻、红藻和褐藻等主要门类分子标记的选择及应用进展,包括分子标记选择原则、常用标记和相应序列数据库,以及各个分子标记在不同类群应用中的优缺点等.藻类分子鉴定源于编码核糖体RNA的基因(rDNA),发展于细胞核、线粒体、叶绿体DNA等.然而,当前藻类分子鉴定逐渐细化和完善,单一的核糖体DNA、内转录间隔区(ITS)和保守蛋白编码基因等短序列分子标记已经很难满足藻类鉴定的需求,多标记组合成为一种必然选择.同时,线粒体基因组、叶绿体基因组、核基因组、转录组和宏基因组等提供了更多遗传进化信息,弥补了短序列分子标记在系统分类应用中的不足.对于藻类鉴定,单纯依赖分子标记或形态学都不足以保证鉴定的准确性,采用将分子生物学、形态学、生理生化学等结合的多相学方法,才能准确地完成鉴定工作.此外,藻类分子数据库的建立和完善是未来分子鉴定的重要工作,快速鉴定方法也必将在未来获得广泛的应用和发展.
  • 太湖贡湖湾人工湖滨带水生植物恢复及其富营养化控制
    姚程, 胡小贞, 姜霞, 陈俊伊, 王坤
    2021, 33(06): 1626-1638.
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    以太湖贡湖湾人工湖滨带为对象,研究湖滨水生植物修复过程及其富营养化控制效果.人工湖滨区域内的消浪带、岸上护坡措施为水生植物修复提供了良好的生境条件,形成了包括荇菜(Nymphoides peltatum(Gmel.) Kuntze)、睡莲(Nymphaea tetragonaGeorgi)、菱(Trapa bispinosaRoxb.)为主的浮叶植物群落,以及以黑藻(Hydrilla verticillata(Linn. f.)Royle)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatumL.)、小眼子菜(Potamogeton pusillusL.)、竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)为主的沉水植物群落.通过设置研究区、对照区,持续监测溶解氧、总氮、总磷、氨氮、叶绿素a浓度等水体指标,烧失量、氮含量、磷含量等沉积物指标,水生植物生物量、覆盖度,浮游藻类等指标.不同时期、不同区域间的时空分布显示:随着水生植物的恢复,水体营养状态指数(TLI)、沉积物生物生产力指数(BPI)显著下降,水体透明度显著提升;较高浓度的总氮(>3.0 mg/L)、氨氮(>0.6 mg/L)环境不利于浮叶植物的生长,沉水植物对其则表现出更好的适应性,同时水生植物在成长过程中直接从水体/沉积物中吸收氮;颤藻(Cyanophyta oscillatoria)、直裂藻(Cyanophyta merismopedia)等浮游藻类吸收了水体磷,水生植物利用了沉积物磷,共同缓解了磷在湖滨区域的累计.总结以上,湖滨带的水文水质条件可以影响水生植物群落结构,进而决定氮、磷的控制效果,所以在湖滨带修复中构建合适的生境条件是水生植物发挥氮磷控制效果的重要前提.水生植物在恢复过程中对浮游藻类群落结构的影响是显著的,并且以此影响到湖滨水体中磷的分布.
  • 富营养化湖泊中硫酸盐对蓝藻衰亡产甲烷过程的影响
    周川乔, 彭宇, 邓杨, 吕成旭, 朋毛羊藏, 张思远, 许晓光, 王瑜, 张利民, 王国祥
    2021, 33(06): 1639-1649.
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    随着外源性硫酸盐(SO_4~(2-))的持续性输入,富营养化湖泊水体的SO_4~(2-)浓度持续升高.野外长期监测结果表明,近几十年太湖水体的SO_4~(2-)浓度逐渐升高,达到了96 mg/L的水平.此外,富营养化湖泊中蓝藻水华衰亡会产生并释放大量的甲烷(CH_4),湖泊水体的SO_4~(2-)浓度升高是否会对沉积物产CH_4过程造成影响仍缺乏相关研究.本实验构建了蓝藻水体沉积物微宇宙系统,通过添加30、60、90、120和150 mg/L五组浓度的硫酸盐,探究不同SO_4~(2-)浓度下蓝藻衰亡过程中水体的SO_4~(2-)、还原性硫化物(∑S~(2-))和CH_4的变化规律.结果表明,蓝藻聚积衰亡的第6～9天硫酸盐还原作用最为强烈,此时水体中的SO_4~(2-)浓度快速下降到最低值,依次为7.65、8.87、21.21、41.14和56.54 mg/L.伴随着硫酸盐还原过程的进行,水柱中∑S~(2-)的浓度不断上升,并达到最高值,依次为4.77、6.98、7.49、7.49和7.43 mg/L.蓝藻聚积衰亡的第10～21天水体中的SO_4~(2-)浓度维持在较低水平,∑S~(2-)浓度逐渐下降,并趋近于0.培养开始时,CH_4增长缓慢,SO_4~(2-)浓度下降之后,CH_4浓度逐渐上升,并在第6～9天迅速上升,培养结束时,CH_4的最终浓度随着水体初始SO_4~(2-)浓度的增加而降低,依次为546.39、207.24、79.61、37.25和5.56μmol/L,CH_4的浓度与初始水体SO_4~(2-)浓度呈指数型负相关关系.因此,对于精准评估富营养化湖泊的产甲烷过程,需要考虑不断上升的SO_4~(2-)浓度所带来的影响.
  • 基于环境DNA宏条形码的丹江口水库浮游生物多样性及群落特征
    胡愈炘, 彭玉, 李瑞雯, 黄杰, 周正, 胡圣, 王英才, 邱光胜
    2021, 33(06): 1650-1659.
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    为了解丹江口库区浮游生物群落的多样性,本研究于2020年7月在丹江口库区丹库、汉库和入库支流等区域共计9个样点采集水体样品,抽滤并提取总DNA样本后,基于18S和16S分子标记进行单分子实时测序,分别探究真核和原核浮游生物群落的多样性及其群落特征.结果表明:(1)真核浮游生物群落的主要优势类群包括节肢动物、链型植物、绿藻门、硅藻门等;本研究在种水平上鉴定出库区分布广泛且相对丰度较大的物种,包括弯曲隐藻、对蛋白核隐藻和空球藻等,它们与库区化学需氧量密切相关;库区化学需氧量是影响真核浮游生物群落格局的重要环境因子.(2)原核浮游生物群落的主要优势类群为变形菌门;原核生物中相对丰度较大的不动杆菌Acinetobacter是污水污染的指示菌群;群落中起重要作用的Limnohabitans与水体的富营养化密切相关;尽管库区蓝藻相对丰度较低,但与蓝藻关系密切的CL500-29_marine_group和hgcI_clade两类细菌在浮游生物群落中也起着重要作用;原核生物群落中的各类物种均指示丹江口水库的水生态健康存在一定风险,需要加强监测以预防生态环境的恶化.(3)丹江口水库不同区域的浮游生物群落异质性较大,tb-RDA分析显示丹江口的浮游生物群落可以分为丹库型、汉库型和入库支流型,其组间差异要大于组内差异.综上所述,丹江口水库的浮游生物群落具有明显的空间异质性,整个库区的群落结构与水体富营养化、水体有机污染和污水污染等方面相关,需要加强对丹江口库区的水生态监测.
  • 温度对铜绿微囊藻群体培养体系中细菌群落组成及稳定性的影响
    方道艳, 施丽梅, 李朋富, 蔡元锋, 张民, 史小丽, 吴庆龙, 于洋
    2021, 33(06): 1660-1674.
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    微囊藻藻际细菌影响微囊藻的生长及其水华的生消.然而特定微囊藻群体中藻际细菌群落组成对温度变化的响应规律仍不清楚.本文把一株从太湖分离得到的群体铜绿微囊藻,置于不同温度(15、20、25和30℃)下进行培养,分析各培养体系中不同粒径附生或游离细菌群落组成的异同.结果表明:温度显著影响微囊藻群体(>20μm)附生、单细胞小群体(3～20μm)附生和游离(0.2～3μm)细菌群落的组成(PERMANOVA,P<0.01),Sphingomonadales、Pseudomonadales和Cytophagales分别是3组细菌群落中的最优势菌目,相对丰度分别为21.35%、19.74%和33.44%.在3组细菌群落中都存在一些核心优势细菌类群,其丰度相对稳定,对温度变化不敏感.其中在微囊藻群体附生细菌群落中,优势菌属Brevundimonas和OPB56在20～30℃之间培养时其相对丰度较为稳定;单细胞小群体附生细菌群落中的核心优势菌属Mariniradius相对丰度也是在20～30℃之间较为稳定,而Gemmobacter相对丰度在4种温度下均较为一致;游离细菌群落中的核心优势菌属Porphyrobacter相对丰度在20～30℃之间时也相对稳定.另外,在15℃时,单细胞小群体附生和游离细菌群落的多样性都达到最高,总体细菌群落物种相关性网络复杂度最高,但合作性关联最弱.该研究结果对于深入了解微囊藻群体的藻菌关系有重要意义.
  • 生态补水对白洋淀流域地表水和地下水水化学特征的影响
    崔旭, 张兵, 何明霞, 夏文雪, 王义东, 赵勇
    2021, 33(06): 1675-1686.
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    生态补水是维持和改善白洋淀生态环境的重要途径.为研究生态补水对白洋淀水环境的影响,分别在补水前与补水后采集淀水、河水及地下水样品,分析区域地表水和地下水水化学特征.结果表明:(1)白洋淀补水前、后地表水与地下水的水化学组成中Na~+为主要阳离子,补水后阴离子以HCO_3~-为主,淀区南部地表水电导率高;补水后地表水与地下水Ca~(2+)、Mg~(2+)和HCO_3~-浓度显著增加,水体电导率降低.(2)补水前地下水为Na-HCO_3型水,地表水主要为Na-Cl·SO_4及Na-Cl·HCO_3类型;补水后地表水与浅层地下水向Ca·Mg-HCO_3型演化,深层地下水水化学类型基本保持不变.(3)生态补水使白洋淀水位升高,淀区水面积增大,缓解了水资源短缺的问题;同时也使浅层地下水水化学组成发生改变,而深层地下水暂未受到影响.生态补水后,受稀释和混合作用的影响,水体Na~+、Cl~-和SO_4~(2-)浓度显著下降,Ca~(2+)、Mg~(2+)及HCO_3~-浓度增加.在白洋淀生态补水中应"先治污,后补水",以减少补水过程中污染物向淀区的运移,还应注意区域地下水位上升过程中的阳离子交换及水岩相互作用,为合理调配生态补水及改善白洋淀生态环境提供科学依据.
  • 鄱阳湖水体沉积物中Zn、Cd对底栖生物的毒性效应及基准验证
    熊捷迁, 弓晓峰, 江良, 李昊霖, 袁少芬, 林媛, 吴莉
    2021, 33(06): 1687-1700.
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    以泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)、铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)、河蚬(Corbicula fluminea)为受试生物,以死亡率、渗血率、体质量变化、行动迟钝率、挖洞率为测试指标,探究沉积物中Zn和Cd对底栖生物的21 d慢性毒性效应,并对鄱阳湖Zn和Cd的沉积物基准值进行了验证.结果表明,沉积物中Cd对底栖生物的毒性效应强于Zn,沉积物中Zn、Cd对泥鳅、铜锈环棱螺、河蚬的LC50(半数致死浓度)分别为644和61 mg/kg、751和54 mg/kg、652和81 mg/kg,EC50(半数效应浓度)值分别为526和49 mg/kg、589和35 mg/kg、474和45 mg/kg.经验证,沉积物Zn和Cd的TEL(临界效应浓度)、PEL(必然效应浓度)值比较合理,具有一定适用性,即当Zn、Cd的加标含量低于TEL值时,Q_(TEL) <1,不具有毒性;当加标含量高于PEL值时,QPEL>1,毒性明显.
  • 喀斯特水库水化学特征及对无机碳沉积通量的指示
    马松, 魏榆, 韩翠红, 晏浩, 刘再华, 孙海龙, 鲍乾
    2021, 33(06): 1701-1713.
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    为探究筑坝后不同水库物理、化学、生物过程对水化学和碳循环的影响,本研究对贵州三岔河流域的平寨水库、普定水库以及猫跳河流域的红枫湖水库进行研究,于2018年3月2019年1月分别在入库河流和库区采集了分层水样和沉降颗粒物,并探究水中主要离子及颗粒物通量的时空变化特征及其控制因素.结果表明,水体主要离子的主要来源受碳酸盐溶解影响,并且离子浓度受光合作用控制.红枫湖水库水体水化学类型为Ca-Mg-HCO_3-SO_4型,普定水库、平寨水库水化学类型均为Ca-HCO_3~-SO_4.夏季藻类光合作用诱导碳酸盐沉淀导致水体表层Ca~(2+)、HCO_3~-及溶解态Si浓度降低,其降低幅度分别为20.87%～44.25%、33.12%～51.18%、48.55%～96.34%.此外,藻类光合作用也影响C、N、Si等生源要素间的化学计量关系.Mg~(2+)/Ca~(2+)比值在水体垂向剖面上主要受碳酸钙沉淀的控制,而在不同水库之间则主要受流域岩性的控制.根据沉积物捕获器通量计算的平寨水库、普定水库、红枫湖水库夏季颗粒无机碳沉积通量分别为0.74、1.36、0.27t/(km~2·d),而根据水体Ca~(2+)浓度降低计算的通量分别为0.31～0.64、0.35～0.99、0.09～0.29 t/(km~2·d),根据水体HCO_3~-浓度降低计算的通量分别为0.30～0.65、0.29～1.26、0.12～0.33 t/(km~2·d).其红枫湖水库无机碳沉降通量的实测值与计算值接近,而平寨、普定水库实际沉降通量高于计算值,这可能是有外源输入导致.因此,利用水化学分层数据能对喀斯特水库中的无机碳沉降通量进行合理估算,并且能够得到较好的估算结果,从而指示碳循环的过程.
  • 平原河湖系统中典型全氟化合物的胶体吸附特征及生态风险评估
    刘建超, 郑超亚, 任静华, 陆光华, 李一平
    2021, 33(06): 1714-1726.
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    胶体作为水环境中广泛存在的一类纳米颗粒物,因其粒径小、比表面积大、吸附位点多等特点,能够吸附有机污染物,并改变和控制其环境行为.全氟化合物(PFCs)疏水疏油、环境持久性强,在水环境中势必与胶体介质结合,形成复合污染效应.本文以不同受纳河湖系统作为研究区域,选取4种典型的PFCs为目标物,主要包括:全氟辛酸(PFOA)、全氟壬酸(PFNA)、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟正癸酸(PFDA),研究其在传统溶解相中的空间分布特征及胶体吸附潜能,并评估其生态风险水平,主要结果如下:(1)4种PFCs在研究区域传统溶解相和胶体相中均被检出,检出率为78.8%～100%,总浓度范围分别在12.5～92.1和5.4～49.9 ng/L之间.在传统溶解相和胶体相中,PFOA均为最主要的PFCs,贡献率在65%以上,其次是PFOS、PFNA和PFDA.(2)从介质分布来看,胶体是PFCs的重要吸附载体,平均吸附贡献率在42.6%～66.1%之间,其中胶体对PFDA的吸附潜能最大,平均吸附贡献率为66.1%,其次是PFNA (53.5%)、 PFOA(47.0%)和PFOS(42.6%),胶体对PFCs的吸附贡献率与其正辛醇水分配系数(lgKOW)呈显著正相关.(3)从空间分布来看,PFCs在居民聚集区污染水平最高,平均浓度为71.2 ng/L,其次是溱湖湿地公园,平均浓度为43.3 ng/L.工业区、农业区及城市区,PFCs污染水平相当,平均浓度在30～40 ng/L之间,水产养殖区污染水平最低.(4)通过风险熵值法(RQ)和水环境质量基准对检出PFCs进行风险评价,发现58%水域中的水生生物处于PFOS引起的低风险状态,主要集中于工业区以及居民聚集区.且所有采样点中PFOS的污染水平均高于欧盟委员会设定的PFOS在淡水环境中的年均环境质量标准(0.65 ng/L),低于最大允许浓度36μg/L. PFOS在水环境长期赋存引起的慢性毒理风险不容忽视.
  • 洪泽湖出入河流及湖体氮、磷浓度时空变化（2010-2019年）
    崔嘉宇, 郭蓉, 宋兴伟, 张悦, 陈晨, 吕学研, 董圆媛
    2021, 33(06): 1727-1741.
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    基于2010-2019年洪泽湖湖体水质逐月监测数据,筛选出影响湖体水质的主要污染物指标为总氮(TN)和总磷(TP);选取洪泽湖周边25条主要入湖河流和2条出湖河流在2019年10月-2020年9月的监测数据,探讨河流外源性输入对不同湖体区域氮磷的影响及其水期变化规律.结果发现:(1)湖体TN、TP浓度长期居高不下,年均浓度范围分别在1.39～1.86、0.080～0.171 mg/L波动.主要入湖河流TN、TP时空平均浓度(1.92～5.70和0.114～0.181 mg/L),均高于同区域湖体(1.15～1.46和0.088～0.101 mg/L),其中北部入湖河流肖河、马化河和五河与临近湖区TN、TP浓度呈现显著正相关,是影响北部湖体TN、TP浓度的主要河流;南部入湖河流维桥河和高桥河是临近湖区非极端降雨期TN、TP的主要来源.(2)调水工程对湖体及入湖河流TN、TP浓度分布影响显著,调水期湖体沿调水方向TP浓度逐渐上升,TN浓度则呈现先降后升的趋势,南部入湖河流维桥河和高桥河TN浓度达到水期峰值,分别为10.69和9.90 mg/L.(3)极端降雨期入湖河流的TN、TP浓度显著高于其它水期,由于湖体对TN、TP的富集作用不同,TP浓度呈现中间高,四周低,而TN浓度呈现沿洪水流向逐渐降低的规律.
  • 淮南采煤沉陷区积水水文地球化学及氢氧稳定同位素特征
    查君珍, 姜春露, 陈星, 安士凯, 郑刘根, 陈永春
    2021, 33(06): 1742-1752.
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    以安徽淮南采煤沉陷积水为研究对象,通过样品采集与测试,研究不同沉陷年限及类型积水水文地球化学和氢氧稳定同位素组成特征及影响因素.结果表明:(1)研究区水化学类型主要为Cl-Na、HCO_3·Cl-Na型,沉陷积水中常量离子主要来源于蒸发岩溶解和硅酸盐风化,受蒸发作用和人为活动的影响明显,水化学组成随沉陷时间和类型变化不大.(2)淮南大气降水线方程为:δD=8.85δ~(18)O+18.73,沉陷区积水氢氧稳定同位素值在淮南大气降水线右下方依次分布并接近降水线,表明沉陷积水主要来源于大气降水.(3)在降水稀释、水体蒸发及地下水补给的作用下,随着沉陷年限的增加,积水中重同位素越来越贫化,同一年限不同类型的积水同位素值变化较小.
  • 乌梁素海悬浮颗粒物和沉积物有机碳同位素特征及来源
    耿悦, 吕喜玺, 于瑞宏, 孙贺阳, 刘心宇, 曹正旭, 李向伟, 朱鹏航, 葛铮
    2021, 33(06): 1753-1765.
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    悬浮颗粒物和沉积物是湖泊有机污染物的主要承载物质,其稳定同位素研究对有效识别有机质污染导致的湖泊富营养化具有重要意义.本研究选取乌梁素海为研究区,于2019年4月(融冰期)、7月(夏灌期)和10月(秋灌期)对湖区及入湖渠道的表层沉积物和悬浮颗粒物中有机碳的δ~(13)C、C/N比及总有机碳(TOC、POC)和总氮(TON、PON)含量进行测定分析,联合采用δ~(13)C、C/N及同位素多元混合模型研究湖泊有机碳来源及其贡献率.结果表明,乌梁素海悬浮颗粒物有机碳δ~(13)CPOC的变化范围为-23.29‰～-29.75‰,呈现10月>4月>7月、入湖渠道>湖区的趋势,悬浮颗粒物POC/PON比变化范围为4.10～21.35,呈现出4月<7月<10月的时间变化,悬浮颗粒有机质主要来源于浮游植物(51.59%)、入湖渠道泥沙(34.60%)和大型水生植物(13.76%).沉积物有机碳δ13CTOC变化范围为-27.58‰～-22.68‰,呈现4月<10月<7月的变化,沉积物TOC/TON比变化范围为3.06～23.77,时空变化明显,沉积物有机质则主要源于入湖渠道挟带的泥沙,贡献达72.79%以上,而浮游植物与大型水生植物的贡献率相差较小,分别为11.85%和15.36%.本研究可以初步判定受入湖渠道影响的富营养化湖泊中悬浮颗粒物和沉积物有机碳来源,为改善湖泊有机污染和研究有机碳来源提供更多理解.
  • 土地利用与覆被变化对巢湖湖滨带土壤有机碳组分及酶活性的影响
    杨长明, 陈霞智, 张一夔, 范博博
    2021, 33(06): 1766-1776.
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    为了揭示湖滨带土地利用与覆被改变对土壤有机碳库及生态功能的影响,本文选取了巢湖湖滨带(北岸)9个典型样方,分析和比较了表层(0～30 cm)土壤有机碳组分特征以及相关酶的活性.结果表明,巢湖湖滨带不同采样点土壤总有机碳(TOC)含量变化范围为2.88～11.2 g/kg,平均含量为9.12 g/kg,其中原生芦苇(Phragmites australis)湿地土壤TOC含量最高(11.2 g/kg),而芦苇群落消失后形成的荒滩土壤TOC含量最低,仅为2.88 g/kg.表征湖滨带湿地缓冲性能的土壤阳离子交换量(CEC)也以原生芦苇湿地土壤为最高,并与TOC含量呈现明显正相关.湖滨带表层土壤溶解性有机碳(DOC)和易氧化有机碳(EOC)含量变化范围分别为150～370 mg/kg和1.7～5.2 g/kg,其变化幅度明显高于TOC,其中DOC含量各采样点差异最为显著.除多酚氧化酶外,次生水柳林(Homonoia ripariaLour.)表层土壤几种酶的活性较原生芦苇湿地土壤皆有所上升,特别是蔗糖酶活性增加幅度最为明显.受人类活动干扰较大的湖滨绿地公园和人工草滩土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶酶活性普遍显著低于原生芦苇湿地.除多酚氧化酶外,土壤中几种酶活性与土壤有机碳组分EOC和DOC含量均呈现显著的正相关,其中蔗糖酶活性与DOC含量之间相关系数最高(r=0.907),其相关性均达到极显著水平.土壤溶解性有机碳和蔗糖酶可以作为表征因土地利用与覆被变化导致湖滨带湿地退化以及生态恢复效果的敏感性指标.
  • 洱海沉水植物群落恢复与优化初探
    杨桐, 袁昌波, 曹特, 文紫豪, 丑庆川, 毛永杨, 张霄林, 倪乐意
    2021, 33(06): 1777-1787.
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    近几十年来,在入湖营养盐增加,水质持续下降,藻类生物量逐年升高及水位大幅波动下,洱海沉水植物群落演替速度加剧.2016年7月调查显示:洱海沉水植被退化严重,物种数量显著低于近期(2011年)历史水平,分布面积较有记录的历史最高水平(1980s)下降超过70%,优势物种由1960s的海菜花(Ottelia acuminata)、蓖齿眼子菜(Stuckenia pectinata)和大茨藻(Najas marina)等转变为微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)以及苦草(Vallisneria natans).沉水植物群落在浅水区(0～2.5 m)主要遭受了浮叶植物细果野菱(Trapa maximowiezii)过度生长带来的生境胁迫,在中等水深区(2.5～4 m)面临微齿眼子菜和金鱼藻的过度生长导致的群落结构的单一化影响,而在深水区(>4 m)面临着面积萎缩的风险,这些严重抑制了沉水植物清水稳态效应的发挥.通过对比洱海典型湖湾洱滨村水域沉水植物群落结构在恢复与优化前后的变化,发现洱滨村水域各水深区间沉水植物群落各项多样性指标与恢复物种的丰度均显著提升.因此,我们总结提出了针对洱海典型富营养湖湾沉水植被恢复和管理的建议和对策,以期为后续进一步开展洱海生态系统恢复相关工作提供依据.
  • 基于多位点分子标记和线粒体基因组学中国蚌类（蚌目：蚌超科）物种分类与系统进化研究
    武瑞文, 安建梅, 陈如如, 欧阳珊, 吴小平
    2021, 33(06): 1788-1815.
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    中国是东亚蚌类(蚌目:蚌超科)物种分布中心,共记录有26属.然而,在世界蚌目框架下,中国仍缺乏一个完整科学的蚌类分类系统.本研究基于多位点分子标记(COI、16S、28S)和线粒体基因组学重构聚焦于蚌超科的蚌目系统发育关系,ML、BI和BEAST系统发育结果均支持蚌科5亚科分类系统,即(((Ambleminae+Gonideinae)+Rectidentinae)+Unioninae)+Parreysiinae;珍珠蚌科2亚科分类系统,即(Gibbosulinae+Margaritiferinae);中国蚌类隶属蚌科4亚科(Gonideinae, Rectidentinae, Unioninae, Parreysiinae) 13族和珍珠蚌科两亚科(Gibbosulinae, Margaritiferinae).基于化石标定的分子钟显示:蚌科物种分化时间为中三叠世(median=232.07 Ma),其中雕刻蚌亚科(Parreysiinae)起源和物种分化时间早于其他亚科;矩形蚌亚科(Rectidentinae)物种分化时间最晚,为晚白垩世(median=94.72 Ma);小方蚌亚科(Ambleminae)和隆脊蚌亚科(Gonideinae)最近共同祖先分化于晚侏罗纪世(median=144.69 Ma),珍珠蚌科起源于晚石炭世(median=312.61 Ma),物种分化于晚白垩世(median=91.59 Ma),中国蚌科现生物种最早起源时间可追溯到白垩纪(中国尖嵴蚌(Acuticosta chinensis), median=114.36 Ma).蚌超科线粒体基因重排分析显示:蚌超科线粒体基因组有4种基因排列方式(GO),珍珠蚌科独享一种(GO1);蚌科中Unioninae和Ambleminae共享一种(GO2);Gonideinae有2种基因排列方式(GO3和GO4),其中室蚌(Chamberlainia hainesiana)独享一种(GO4),其余物种共享一种(GO3).以往作为高阶元分类的贝壳形态、钩介幼虫形态以及育儿囊类型,并不能作为蚌科属及以上阶元分类依据.本研究重构了世界蚌目聚焦于蚌超科的系统发育关系和进化历史,建立了中国蚌类分类系统,为今后该类群区系多样性研究及资源保护提供了分类依据.
  • 西藏麦地卡湿地的浮游植物——1．优势种的时空生态位
    潘成梅, 刘洋, 安瑞志, 黄香, 巴桑
    2021, 33(06): 1805-1819.
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    为了解青藏高原湿地浮游植物在时空不同维度上的分布特征,本文选取西藏四大国际湿地之一的麦地卡湿地作为研究地点,于2019年7月和10月在麦地卡湿地主要水系——麦地藏布及其支流和湖泊,设置了14个样点,采集了2个水情期(丰水期和枯水期)浮游植物的水样共252个.通过活体观察和固定染色方法鉴定浮游藻类物种,使用直接计数法统计浮游藻类的数量.计算麦地卡湿地浮游植物优势种的优势度指数(Y)、更替率(r)、生态位宽度(Bi)、生态位重叠值(Oik)和生态响应速率(R),运用生态位分化的方法,对麦地卡湿地浮游植物优势种的生态位进行了不同时空维度的研究.结果表明:本研究中鉴定出浮游植物优势种(Y>0.02)共8种,其中克洛脆杆藻(Fragilaria crotomensis)和窗格平板藻(Tabellaria fenestrata)是2个水情期的共有优势种.生态位宽度值差异较大,可分为三大生态位类群,且优势度指数与生态位宽度值呈极显著正相关.总体上浮游植物优势物种的生态位重叠值高,在时间、空间和时空三个维度上Oik>0.6的分别占89.29%、60.71%和28.57%.生态响应速率之和在时间维度上为负数,在空间和时空维度上为正数,说明该湿地浮游植物群落处于发展阶段.冗余分析表明,酸碱度、溶解氧、总氮和浊度是影响麦地卡湿地浮游植物优势种分布的重要因素,浮游植物优势种在这些环境因子上存在明显的生态分化现象.
  • 红河（元江）流域的典型鱼类游泳能力探究及在过鱼设施流速设计中的应用
    王永猛, 柯森繁, 林晨宇, 张奔, 杨国党, 雷青松, 邓晓川, 石小涛
    2021, 33(06): 1820-1831.
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    为探讨红河(元江)流域的典型洄游鱼类游泳能力,给过鱼设施修建设计和鱼类行为学研究提供基础参数,本研究以该流域的野生暗色唇鲮(Semilabeo obscurus)、华南鲤(Cyprinus carpio rubrofuscus)和红魾(Bagarius rutilus)3种鱼类(体长范围0.05～0.45 m)为研究对象,在野外现场布置游泳能力测试水槽分别测试了感应流速、临界游泳速度和突进游泳速度.研究结果表明:(1)对比绝对游泳能力与体长相关性,3种鱼的相对游泳能力与体长的相关性更高,均呈显著负相关;(2)3种鱼之间的游泳能力存在差异,红魾的感应流速最大,为(0.10±0.01) m/s,华南鲤的临界游泳速度最大,为(0.66±0.01) m/s,华南鲤的突进游泳速度最大,为(1.48±0.18) m/s;(3)拟合趋流率与水流速度的相关曲线,所有测试鱼的趋流率与流速的函数关系为Pre=19.80V-1.13(R2=0.96,P<0.05),得出95%目标鱼的趋流速度为0.11 m/s;利用生存分析方法,得出95%目标鱼累积疲劳的临界和突进游泳速度分别为0.58、1.01 m/s.(4)当以暗色唇鲮、华南鲤和红魾为主要过鱼对象时,建议过鱼设施的内部流速不应小于0.1 m/s,入口的设计流速范围为0.6～1.0 m/s,休息区域的流速范围为0.1～0.6 m/s,孔口或竖缝等高流速区的设计流速不宜超过0.8 m/s,若过鱼设施孔口边壁或底部加糙,可适当增至0.8～1.0 m/s.本研究中红河(元江)流域鱼类游泳能力等资料为过鱼设施修建及珍稀鱼类保护提供了数据支撑.
  • “8.8”大地震后九寨沟世界遗产地湖泊淤积与沼泽化现状评价
    蒋先逞豪, 李瑞利, 杜杰, 江鎞倩, 石聪, 毛鹏, 邱国玉, 沈小雪
    2021, 33(06): 1832-1843.
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    地震及其伴生地貌过程破坏山体植被和土壤,产生的松散物源进入湖泊可能会带来泥沙淤积与沼泽化的风险.为探明九寨沟"8.8"大地震后湖泊淤积与沼泽化现状,以及松散物源的影响,本研究选取九寨沟景区内4个淤积与沼泽化程度不同的湖泊,进行了实地勘查,采用植被指标为主、促淤效应为辅的沼泽化综合评价方法进行现状评价;同时,结合无人机获取的湖泊周边环境和受灾程度信息,探讨了地震后伴生地貌过程及产物对九寨沟湖泊淤积与沼泽化的影响.结果表明:(1)四个湖泊的沼泽化发展模式均是由岸边向湖心推进.(2)各湖淤积与沼泽化程度空间分布特征存在差异,按发展程度从高到低依次表现为:五花海沼泽化程度最高,西北侧处于沼泽化后期(沼泽化指标值为[3,4]);镜海次之,局部处于沼泽化盛期(沼泽化指标值为[1.5,3]);犀牛海再次,仅出入水口处于沼泽化前期(沼泽化指标值为[1.5,2.5]);箭竹海最低,整体处于沼泽化前期(沼泽化指标值为[0,1.5]).(3)松散物源输入造成湖岸淤积程度增加、促进水生植被扩张,是造成九寨沟湖泊淤积和沼泽化发展的重要原因.管理者需重点关注小微湖泊、出入水口、受灾点的沼泽化发展情况.
  • 近三百年来洪泽湖演变过程及其原因分析
    卞宇峥, 薛滨, 张风菊
    2021, 33(06): 1844-1856.
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    洪泽湖是淮河水系中最重要的湖泊之一,是我国的第四大淡水湖,它在防洪、灌溉、航运、跨流域调水以及水资源与水环境保护等方面发挥着重要作用.过去300年来,由于黄淮关系的演变和人类活动的影响,洪泽湖水域面积发生剧烈变化.研究湖泊水域空间变化有助于认识流域环境变化与人类活动影响.本文利用18世纪初以来的古地图、历史文献资料及1981 2016年期间的7期遥感影像数据,采用遥感和地理信息系统技术相结合的方法,分析了近300年来洪泽湖水域时空演变过程及其原因.研究结果表明:过去300年来,洪泽湖面积总体呈减少趋势,年际缩减速率为0.17%,且湖域范围总体表现为由四周向中心缩小的趋势,其中西南湖域的形态变化最为显著.具体而言,清中期以前,黄河多次夺泗入淮,洪泽湖面积变化受黄淮关系、高家堰等水利枢纽的修建以及降水等因素影响.至清末,洪泽湖面积由3078.78 km~2下降至2335.73 km~2,共减少743.05 km~2,其空间形态也发生了剧烈变化,该时期黄河改道、降水以及人口增长导致的湖滨围垦是影响洪泽湖演变的主要原因.建国以来(1949 2016年),洪泽湖面积进一步缩小,由1757.60 km~2下降至1488.43 km~2,共减少了269.17 km~2,其中1995 2000年间湖泊面积下降最为显著,共减少了281.43 km2,湖泊动态变化度达到2.78%,该时期自然因素对湖泊水域面积的影响减弱,而人口增长、围垦及水利工程的修建等人类活动逐渐成为影响洪泽湖演化的主导因素.
  • 夏季降雨事件对水库温室气体通量变化的影响：来自湖北官庄水库的高频观测
    陈敏, 许浩霆, 郑祥旺, 虞之锋, 肖尚斌
    2021, 33(06): 1857-1870.
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    湖库淡水水域对温室气体排放的贡献不容小觑,然而观测时间的代表性不足以及缺乏对降雨因素的考虑制约了碳排放的准确估计.本研究以湖北宜昌境内官庄水库为例,选取强降雨多发的夏季时段,针对水气界面温室气体通量、水体表层和垂向剖面气体溶存浓度及环境因子开展了为期1周的原位高频观测,以探讨夏季降雨事件对水库温室气体通量变化的影响.结果表明,观测期内官庄水库水气界面CH_4通量变化范围为0.007～0.077 mg/(m2·h),CO2通量范围为5.48～57.57 mg/(m~2·h),白天和夜晚均表现为大气的碳源.小雨、中雨乃至暴雨天气条件下,CH_4和CO_2日均通量均较低,日通量倾向于受风速和温度调控.CH_4和CO_2通量变化趋势较为一致,观测期内日间排放量高于夜间排放量出现的次数更多,昼夜差异对降雨天气状况无明显响应,风速是CH_4和CO_2通量昼夜变化的主导因素.暴雨过程中,CH_4-k600和CO_2-k600与水气温差存在显著正相关,但水体垂向混合过程十分短暂.在平均雨强为3.8 mm/h的暴雨第I阶段,CH_4-k600对风速和降雨的响应明显,而在雨强更大(8.5 mm/h)的第II阶段,CH4-k600与风速、降雨均未表现出相关性,通量箱在强降雨条件下的适用性可能存在雨强阈值.
  • 长江中游城市群水资源承载力时空格局及耦合协调性
    田培, 王瑾钰, 花威, 郝芳华, 黄建武, 龚雨薇
    2021, 33(06): 1871-1884.
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    长江中游城市群是实施生态优先绿色发展战略的重点区域,从水资源承载系统内的水资源、社会、经济、生态环境4个子系统中选取24项指标构建水资源承载力评价体系,综合运用改进熵权TOPSIS模型、空间自相关分析和耦合协调发展模型定量评价2012 2018年长江中游城市群水资源承载力时空变化过程及子系统间的耦合协调性.结果表明,(1)长江中游城市群整体水资源承载力水平表现为:缓慢上升(2012 2015年)、下降(2015 2017年)、再上升的趋势(2017 2018年);(2)水资源承载力的空间差异不明显(仅2016年差异显著),武汉城市圈水资源承载力的空间差异相对较大且呈现低值包围高值的空间分布特征;(3)各城市生态环境子系统承载力得分较为均衡,但其他子系统的承载力均差异较大;(4)影响水资源承载力的主要因素依次为城市污水处理厂日处理能力、人均GDP、城镇化率、第三产业比重和人均水资源量;(5)长江中游城市群水资源承载系统的耦合协调度总体处于中等水平,且水资源承载力与耦合协调度有极强的正相关关系.研究结果可为长江中游城市群水资源承载力改善及水资源优化配置提供依据.
  • 1960年以来洞庭湖江湖连通河道松滋口枯水期分流变化特征及应对策略
    李彦彦, 李冰, 杨桂山, 万荣荣
    2021, 33(06): 1885-1897.
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    河湖水文连通性强弱对于维系流域水资源安全、河湖生态系统稳定等方面具有重要意义.本文首先利用19602019年松滋口新江口与沙道观两站与干流枝城站实测水文资料以及河道典型横断面地形资料,采用Mann-Kendall法与趋势线法分析讨论枯水期松滋口分流变化的特征与诱因,然后,针对枯水期松滋口河道的分流问题提出河道治理方案.结果表明:松滋口枯水期的流量主要来自西支.在1960 2019年间,枯水期西支分流量呈现三峡大坝蓄水运行前后从下降趋势转变为显著上升趋势,而东支分流量在下荆江裁弯后至今基本处于断流状态,下荆江裁弯、葛洲坝运行及三峡大坝蓄水运行是其分流量变化的主要诱因.根据建立分流量与水位差(干流水位与河底高程)的回归关系,模拟出在松滋口西东支现有河道的基础上,河床高程分别下降1 m与2.5 m左右,其分流量可达到或接近1960s分流量水平,有助于缓解区域水资源与环境生态问题.
  • 三峡水库运用后荆江段非均匀悬沙恢复特性
    冯雪, 夏军强, 周美蓉, 邓珊珊
    2021, 33(06): 1898-1905.
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    三峡工程运用后,坝下游荆江段来沙量大幅度减小,处于严重的不平衡输沙状态,次饱和水流冲刷河床使悬沙量沿程恢复.基于实测水沙资料,分析了三峡工程运用后荆江段非均匀悬沙恢复特点.提出了恢复效率的概念用以表征悬移质沿程恢复的程度,并根据实测水沙资料计算了荆江段1994 2017年非均匀悬沙的恢复效率.结果表明:三峡工程运用前,荆江段各粒径组悬沙恢复效率绝对值均接近0,故该时期内各粒径组泥沙冲淤幅度不大;三峡工程运用后,各粒径组悬沙恢复效率绝对值均明显增大,且粗沙(d>0.125 mm)恢复效率绝对值远大于细沙(d<0.125 mm),故粗沙恢复程度更高.这主要是由于荆江段床沙组成中粗沙部分含量大,而细沙含量小.最后建立了三峡水库蓄水后非均匀悬沙恢复效率与来水来沙条件(来沙系数)的关系,结果表明:各粒径组悬移质恢复效率均与来沙系数呈正相关关系,全沙、细沙和中沙的决定系数(R2)分别为0.89、0.67和0.69,相关性较高,故荆江段各粒径组悬移质泥沙恢复效率较大程度上受到来水来沙条件的影响.
  • 基于微分响应的流域产流分单元修正方法
    张小琴, 吴成城, 佘亮亮, 包为民
    2021, 33(06): 1906-1913.
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    为考虑洪水预报误差的空间变化,提出一种基于微分响应的流域产流分单元修正方法.该方法建立了各单元流域产流与流域出口流量之间的微分响应关系,采用正则化最小二乘法结合逐步迫近进行反演求解,将产流误差估计量分配给相应单元流域实现流域产流分单元修正.将构建的方法应用于大坡岭流域和七里街流域进行新安江模型产流修正,比较分析了流域产流分单元修正、流域面平均产流修正和自回归修正的效果.结果表明:流域产流分单元修正效果优于流域面平均产流修正;随着预见期的增大,产流微分响应修正效果优于自回归修正.该方法通过汇流系统将流域出口断面流量信息进行分解用于修正各单元流域产流,有利于提高实时洪水预报精度.
  • 基于洪水预报系统误差反演的多河段联合校正方法
    黄一昕, 梁忠民, 胡义明, 李彬权, 王军
    2021, 33(06): 1914-1924.
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    提出一种基于洪水预报误差系统反演的多河段联合校正方法.采用马斯京根法矩阵方程描述多河段多区间入流的河道汇流过程,基于动力系统反演理论建立洪水预报误差的递推方程,最后利用修正后的多河段状态变量经演算得到预报断面的洪水过程,进而达到多河段联合校正目的.对大渡河上游的应用示例结果表明:多河段联合校正方法考虑了河系中断面间的水力联系及预报误差在时程上的传递规律,可充分利用上游多断面实测和校正信息进行下游预报断面的误差修正,因此具有更高的校正精度和稳定性.
  • 洪泽湖风生流对风场和水位变化响应特征
    彭兆亮, 汪院生, 胡维平, 陈昌仁, 张怡辉, 崔健, 万骏, 吴晓兵, 许诺, 徐佳培
    2021, 33(06): 1925-1939.
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    深入认识大型湖泊在不同风速、风向和水位下三维风生流结构特征对于湖泊污染控制、生态恢复及资源的开发利用具有重要意义.本文在构建笛卡尔坐标系下洪泽湖三维水动力模型的基础上,利用2次全湖30个点位流场监测数据验证了模型精度.基于1975 2020年长系列风场观测数据,确定了洪泽湖典型风速风向.在此基础上,模拟了16种不同风向,13种不同风速和20种不同水位工况条件下洪泽湖三维风生流结构.结果表明:水动力模型可以较好地刻画洪泽湖三维湖流变化特征.洪泽湖风生流结构随风向变化呈现出较大空间差异.风生流流速随着风速的升高呈加速上升趋势,其中表层水体流速上升幅度远高于其他水层.在2.4 m/s东风驱动下,溧河洼、成子湖和南部湖区垂向平均流速随着水位上升呈先升高后降低的趋势,3个湖区分别在12.7、12.4和12.2 m水位下流速达到最大值.
  • 近百年来我国西南地区酸沉降背景下湖泊环境变化——来自四面山龙潭湖沉积硅藻证据
    管锡东, 蒋宏忱, 姜颖, 陈旭
    2021, 33(06): 1940-1950.
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    大气酸沉降会导致地表水体酸化和富营养化,同时气候变暖也会影响湖泊水体环境,湖泊生态系统如何响应二者相互作用是全球变化研究的热点之一.我国西南地区是全球酸沉降负荷最高的地区之一,然而目前对酸沉降影响下地表水环境变化规律知之甚少.本文以重庆四面山龙潭湖为研究对象,通过沉积岩芯的210Pb测年和硅藻分析,并结合流域历史资料数据,揭示龙潭湖过去近百年来水环境变化及其主要驱动因子.结果表明,1926 1968年,龙潭湖以Achnanthidium minutissimum和Encyonema silesiacum占优势;随后,Lindavia bodanica快速增加至峰值后逐渐减少,伴随Aulacoseira alpigena和Aulacoseira ambigua含量上升.硅藻组合中以适应中性和弱碱性水体的属种为主,嗜酸性属种含量很少,表明目前水体总体维持弱碱性,这得益于当地紫色砂页岩和森林土壤对于酸沉降的缓冲作用.尽管目前龙潭湖仍维持弱碱性,1980s以来硅藻推导水体酸碱度下降、中富营养种增加,表明酸沉降降低水体碱度并提高营养水平.气候变暖加剧水体热力分层和营养富集,导致适应扰动、贫营养环境的L. bodanica减少.2010年以来,中富营养属种略有减少反映湖泊富营养化有所减缓.
  • 利用陆基高光谱遥感捕捉太湖蓝藻水华日内快速变化过程
    张运林, 张毅博, 李娜, 孙晓, 王玮佳, 秦伯强, 朱广伟
    2021, 33(06): 1951-1960.
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    受蓝藻自身垂直迁移和频繁风浪扰动影响,太湖蓝藻水华漂浮混合和迁移堆积等变化迅速,在传统的湖面定位和断面监测中总感觉蓝藻水华有些"来无影、去无踪",限制了对其形成过程、驱动机制和防控治理的深入认识.卫星遥感可以实现蓝藻水华空间分布同步观测,但由于观测频次的限制很难捕捉蓝藻水华快速动态变化过程.本文利用与杭州海康威视数字技术股份有限公司联合自主研发的陆基(地基、岸基或者平台、船舶、桩基等能固定安装的均可)高光谱多参数水质遥感监测仪,架设于中国科学院太湖湖泊生态系统研究站(简称太湖站)水上观测场,通过对叶绿素a浓度及其他关键水质参数秒分钟级的连续观测,有效捕捉了一天内蓝藻水华短期突然和快速变化过程.研究结果显示,在微风和小风条件下蓝藻容易在表层水体漂浮,盛行西北风驱动湖面开敞水域蓝藻水华快速漂浮集聚到太湖站岸边,短短半小时内表层水体叶绿素a浓度可以由10μg/L快速攀升到100μg/L以上,一天内会出现多个叶绿素a峰值,清晰展示了蓝藻快速日内动态变化过程.受蓝藻快速日内变化影响,透明度、总氮、总磷和高锰酸盐指数等水质参数也呈现出快速日内变化,叶绿素a浓度与透明度存在极显著负相关,与总氮、总磷和高锰酸盐指数存在极显著正相关,叶绿素a能解释总氮、总磷80%以上的变化,说明蓝藻短期内的漂浮和集聚深刻影响到湖泊水质.