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  • 2022年, 34卷, 第02期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 湖泊蓝藻水华防控方法综述
    史小丽, 杨瑾晟, 陈开宁, 张民, 阳振, 于洋
    2022, 34(02): 349-375.
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    由于人类活动和全球气候变化的叠加影响,湖泊富营养化和蓝藻水华仍是未来相当长一段时间内的水生态环境问题.蓝藻水华暴发会引发湖泊生态系统的灾害和饮用水安全风险,因此湖内蓝藻水华防控必不可少.现有蓝藻水华防控长效方法主要基于营养盐控制理论、浅水湖泊稳态转换理论和生物操纵理论,技术措施包括内源营养盐控制、生态修复、生物操纵.应急处置方法可以削减局部水域蓝藻水华强度,主要包括物理、化学方法.本文基于国内外研究治理案例,梳理了单项蓝藻防控技术运用的边界条件、蓝藻削减效果及防控成本.湖泊富营养化控制和蓝藻水华防控是一个长期而艰巨的系统工程,必须采取流域污染削减和湖内防控相结合的治理策略.湖泊水质与水生态的持续跟踪监测以及水质和水生态预测模型的构建,是动态调整治理方案、保障治理效果长效稳定的基础.
  • 噬藻体对蓝藻种群密度的调控及其对水体中物质循环的影响
    张奕妍, 黄兰兰, 王夕予, 丁士明, 刘子鹤, 童银栋
    2022, 34(02): 376-390.
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    噬藻体是环境中一类以蓝藻为主要宿主的浮游病毒.由于其能特异性裂解蓝藻细胞,因而成为蓝藻种群密度的重要生物调控因子,并被探讨用作蓝藻水华的潜在生物治理方案.噬藻体与蓝藻的相互作用机制可以降低宿主细胞丰度、改变浮游生物群落构成,促进碳、氮、磷等关键生命元素在水体中的生物地球化学循环过程.本文总结了近60年来分离的噬藻体及其对宿主藻的侵染机制,重点介绍了噬藻体对蓝藻种群密度的调节作用,并分析了噬藻体裂解蓝藻对水生态系统中营养物质循环、浮游生物群落变化的影响,并评价了噬藻体对蓝藻水华调控的潜在生态效应.噬藻体实际环境治理应用仍存在较大的挑战,例如噬藻体在水体中易与蓝藻形成共存;噬藻体感染、裂解水华蓝藻后水体中藻毒素消长,在很大程度上决定其安全性,相关科学问题仍需要进一步探索.本文将有助于更加全面地了解噬藻体在水生态系统中的作用,并评估噬藻体对蓝藻群落结构的调控和水体中物质循环过程的影响.
  • 基于Sentinel-3 OLCI影像的巢湖藻蓝素浓度年内动态遥感监测
    汪志成, 王杰, 晏实江, 崔玉环, 王行行
    2022, 34(02): 391-403.
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    藻蓝素(PC)是水体蓝藻的指示性色素,其浓度反映了蓝藻生物量,利用卫星遥感监测藻蓝素浓度年内动态对蓝藻水华的有效防控有着重要意义.根据不同季节的巢湖藻蓝素浓度实测数据与同期Sentinel-3 OLCI影像,构建机器学习回归反演模型,应用于巢湖2019年OLCI影像集上,对巢湖藻蓝素浓度的空间分布、年内变化进行遥感监测.研究表明:在MUMM和C2RCC水体大气校正方法中,C2RCC的大气校正结果更接近实测光谱反射率;在机器学习回归算法中,基于梯度提升回归的藻蓝素浓度反演模型精度最高,其R~2、RMSE和rRMSE分别达到0.84、49.76μg/L和34.1%.水体藻蓝素浓度在1—4月及12月较低,在5—11月浓度较高且波动频繁,日均气温是水体藻蓝素浓度年内变化的主要原因,而藻蓝素短期剧烈波动主要是受到日降水量和日照时数的影响;在夏、秋季节,西湖区藻蓝素浓度明显高于中、东湖区,主要与入湖河流中氮磷等物质的高输入有关.Sentinel-3 OLCI影像为湖库水体藻蓝素浓度动态监测提供了重要数据源,梯度提升回归算法在富营养化水体藻蓝素浓度反演中具有较大的应用潜力.
  • 南亚热带特大型水库浮游植物群落特征及其与环境因子的关系：以新丰江水库为例
    张辉, 彭宇琼, 邹贤妮, 张婷婷, 巫楚, 乔永民, 杨洪允
    2022, 34(02): 404-417.
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    为了解亚热带大型深水贫营养水库的浮游植物群落特征及生态现状,2019年9月至2020年8月对新丰江水库的浮游植物群落结构和水体理化指标进行了周年调查.结果表明,新丰江水库水质达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅰ类标准,综合营养状态指数(TLI(Σ))在15～28之间,整体上处于贫营养状态.共检出浮游植物8门89属189种,其中绿藻门94种、蓝藻门36种、硅藻门33种、裸藻门10种和甲藻门9种,分别占总种数的49.74%、19.05%、17.46%、5.29%和4.76%.浮游植物群落结构冬季和春季为绿藻-硅藻型、夏秋季为绿藻-蓝藻型;浮游植物丰度范围为0.33×10~6～11.78×10~6 cells/L,均值为3.75×10~6 cells/L.其时间变化特征为2019年9月至2020年3月呈下降趋势,此后至2020年7月又呈缓慢上升.浮游植物生物量变化范围为0.26～2.49 mg/L,均值为1.19 mg/L,其时间分布与丰度基本一致,其中绿藻门和硅藻门为生物量主要贡献类群;相关分析和典型对应分析(CCA)结果表明,水温是影响新丰江水库浮游植物群落结构的关键因素,其次为透明度和电导率.该研究对于深入认识贫营养水体藻类生态学特征,拓展湖沼学研究范围与思路具有重要意义.
  • 钱塘江干流夏季浮游植物群落结构特征及其对水文气象的响应
    张萍, 国超旋, 俞洁, 权秋梅, 姚建良, 王吉毅, 叶小锐, 朱梦圆, 孙起亮, 朱广伟
    2022, 34(02): 418-432.
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    河流中浮游植物的动态变化能够较好的指示河流水质状况.为探索水文气象过程对筑坝河流浮游植物群落结构的影响,2020年夏季,以钱塘江干流为例,对包括富春江水库在内的11个河段开展了浮游植物群落结构及相关环境因子的调查分析.结果表明:夏季在钱塘江干流共鉴定出浮游植物6门59属95种,优势属为沟链藻(Aulacoseir)、菱形藻(Nitzschia)、平裂藻(Merismopedia)、长孢藻(Dolichospermum)、假鱼腥藻(Pseudoanabaena)和微囊藻(Microcystis),其中梅雨期优势属主要隶属于硅藻门,梅雨后蓝藻门种属则迅速占优,浮游植物总细胞密度快速增加;整个夏季浮游植物的平均细胞密度为(1.57±2.96)×10~6 cells/L,其中梅雨期细胞密度为(0.37±0.36)×10~6 cells/L,显著低于梅雨后的细胞密度(4.06±4.38)×10~6 cells/L.空间上,大坝拦截形成的河流型水库对浮游植物群落结构和藻密度均产生极显著的影响,浮游植物密度在富春江库区段最高,兰江及以上江段其次,新安江库区段及钱塘江河口较低;梅雨后富春江库区水温分层,显著促进了蓝藻和硅藻的增殖.冗余分析表明,气温和降雨是夏季钱塘江干流浮游植物群落结构变化的主要驱动因子,蓝藻门、绿藻门细胞密度与气温呈显著正相关,与降雨呈显著负相关,而硅藻门细胞密度与之相反;梅雨后气温快速增高显著增加库区段水体的蓝藻门细胞密度,蓝藻水华暴发风险迅速增高,水安全管理中应予以重点防范.
  • 鄱阳湖流域柘林水库秋季浮游植物群落结构及其构建过程驱动机制
    陈康, 孟子豪, 李学梅, 朱挺兵, 胡飞飞, 刘璐, 朱永久, 范春林, 杨德国
    2022, 34(02): 433-444.
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    研究环境过滤过程和空间扩散限制过程在构建水生浮游植物群落结构中的作用是了解这些因素如何驱动物种分布和影响群落结构的关键步骤.为了揭示鄱阳湖流域柘林水库浮游植物群落结构特征与环境因子的关系,以及明确环境因子和空间扩散限制性因子在浮游植物群落构建过程中的影响机制,于2020年10月,对柘林水库33个采样点的浮游植物和水质理化进行调查分析.共鉴定浮游植物7门122种,其中,以绿藻门种类最多,为34属62种,占总物种数的50.81%,硅藻门次之,为11属27种.柘林水库浮游植物优势种类主要是蓝藻门中的伪鱼腥藻属(Pseudoanabaena)、浮鞘丝藻属(Planktolyngbya)、小尖头藻属(Raphidiopsis)以及硅藻门中的针杆藻属(Synedra).柘林水库浮游植物细胞丰度的变化范围为0.93×10~6～172.12×10~6 cells/L,平均值为95.42×10~6 cells/L,生物量的变化范围为0.95～22.35 mg/L,平均值为9.35 mg/L.上游修河水域浮游植物生物多样性指数显著高于库心和库湾水域,库心与库湾水域之间浮游植物生物多样性指数差异性不明显.柘林水库上游修河水域浮游植物群落结构与库心和库湾水域存在明显分离,群落结构的差异性主要受水体透明度、电导率、氨氮和硝态氮的影响.变差分解结果显示,空间扩散限制性作用在驱动柘林水库浮游植物群落构建过程中占据主导地位.
  • 城市中小河道沉水植物盖度和生物量计算方法——基于上海市的调查分析
    张群, 刘家霖, 朱义, 张春松, 宋晴, 崔心红
    2022, 34(02): 445-454.
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    沉水植物的盖度和生物量是衡量浅水系统恢复程度的重要指标,但城市河道沉水植物的生境由于人为干扰及修复过程,具有较高的异质性,使得城市河道沉水植物盖度和生物量测定更加困难,目前尚无准确、快速的计算方法.本研究以上海市内中小河道为研究对象,通过实测4条河道330余个代表样方的沉水植物生物,研究了基于采样次数的沉水植物单位面积生物量计算方法、采样布点方法和河道总盖度测算方法.结果显示:(1)至少需30～35次面积为0.04 m~2的采样可准确估算上海中小河道内沉水植物单位面积的生物量;(2)样点设置可选用随机或等距设置;(3)利用Rededge-M多光谱相机对河道拍摄5波段影像,并进行5～8次重复处理,可较为准确获得整条河道沉水植物盖度.本研究可为城市中小河道沉水植被恢复、河道的分类管理与保护提供参考及依据.
  • 太湖沿岸区浅层底泥重金属污染分析及生态风险评价
    陆志华, 蔡梅, 王元元, 钱旭, 潘明祥
    2022, 34(02): 455-467.
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    近年来太湖底泥重金属污染越来越受到各方关注.为了解太湖沿岸区底泥重金属污染状况,基于2018年太湖全湖污染底泥勘察项目中重金属监测数据,对梅梁湖、竺山湖、西部沿岸区、南部沿岸区、东太湖、贡湖6个太湖沿岸湖区浅层(0～30 cm深度区间)底泥中Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni 8种重金属元素含量进行分析,运用潜在生态风险指数法及空间插值分析方法对底泥重金属污染生态风险进行评价,并对底泥重金属来源进行初步分析.结果表明,太湖沿岸区浅层底泥中重金属分布具有明显的空间异质性,竺山湖、西部沿岸区、贡湖、梅梁湖等湖区重金属含量较高,南部沿岸区、东太湖重金属含量相对较低;各个湖区的Cd、Pb、Cu、Zn、Ni含量,竺山湖的Hg、As、Cr含量,贡湖的As、Cr含量,南部沿岸区的As含量以及梅梁湖的Cr含量均高于背景值;0～30 cm不同深度区间内底泥重金属含量越往表层相对越高.潜在生态风险指数法评价结果表明,0～30 cm深度区间内底泥重金属严重污染区域(重金属综合潜在生态风险指数RI≥300的区域)主要分布在西部沿岸区中部(茭渎港至乌溪港近岸侧)、竺山湖北部、贡湖北部(望虞河入河口附近),面积分别为104.54、10.80、6.89 km~2,合计约122.23 km~2;Cd和Hg是主要的重金属生态风险贡献因子、且毒性较强,西部沿岸区、贡湖主要表现为Cd污染,竺山湖主要表现为Cd、Hg复合污染,且西部沿岸区的Cd污染最为严重.重金属源分析结果表明,太湖沿岸区浅层底泥中Zn、Cu、Cr、Ni、Hg、Pb、As具有相似的来源,可能主要来自于工业污染,Cd可能主要来自于农业污染.研究结果可为太湖底泥重金属污染防治提供一定参考和基础数据支撑.
  • 水库环保疏浚及板框脱水工程中余水水质及变化规律
    朱伟, 许小格, 侯豪, 程林, 李岳鸿, 林小蔚, 吴勇
    2022, 34(02): 468-477.
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    湖泊、水库、河流污染后实施底泥环保疏浚工程的实例很多,但如何处理疏浚余水以及处理尾水排放应该执行什么样的控制标准,是一个没有解决的问题.针对这一问题,本文以溧阳市沙河水库环保疏浚以及配套的泥浆板框压滤脱水工程为例,研究了余水发生后的水质以及在各处理环节中的变化规律,基于这一规律探讨了疏浚尾水的排放标准.结果表明疏浚余水经过一级絮凝处理后大部分污染物可以去除,悬浮物、总氮、总磷、COD分别可去除73%～99%、21%～72%、69%～96%、32%～48%,但后续的生态处理并没有体现出明显的效果.通过处理后尾水基本上能够达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级排放标准,如需进一步提升排放标准,尾水中的氨氮成为制约性指标.
  • 新疆艾比湖流域河湖水质变化（2005—2020年）
    张飞, 王维维, 辛红云, 郝晋新, 刘长江, 段潘
    2022, 34(02): 478-495.
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    艾比湖流域是西北地区重要的生态屏障,维持着该地区乃至整个新疆北部的生态平衡.艾比湖流域水环境的好坏关系着当地经济和流域的可持续发展.然而,针对艾比湖流域长期水质变化、营养状况和健康风险的研究较少,故基于艾比湖流域2005—2020年12个断面长时间序列的监测数据,利用加拿大水质指数(Canadian water quality index,CWQI)评价河湖水质状况,采用综合营养状态指数(comprehensive trophic level index,TLI(Σ))评价艾比湖水体富营养化状态,使用Risk评价水环境健康风险(water environment healthy risk,WEHR),并结合逐步多元线性回归(SMLR),分析了水质参数与CWQI、TLI(Σ)与WEHR之间的关系.结果表明:(1)精河CWOI下游大于上游,而博尔塔拉河相反,且精河与博尔塔拉河均存在点源污染,精河CWOI的变化范围46.29～98.71,博尔塔拉河CWOI的变化范围25.36～99.71,艾比湖CWOI的变化范围42.29～55.95,变异系数介于0.01～0.23之间;(2) 2005—2020年艾比湖水体TLI(Σ)大多数介于轻度富营养和中度富营养状态之间;氮磷比表明,研究区为磷限制状态,主要受农业面源污染、放牧、生活废水等人为活动的影响;(3)精河WEHR上游大于下游,而博尔塔拉河相反.水环境健康风险主要受化学致癌物影响,砷(As)的影响最大,其次为六价铬(Cr~(6+)).各断面点总风险超过美国环境保护署(United States Environmental Protection Agency,USEPA)规定的最大可接受风险水平;(4)逐步多元线性回归分析表明,影响水质的参数有高锰酸盐指数(COD_(Mn))、氨氮、总磷(TP)、总氮(TN)、大肠菌群(E.coli)、透明度和挥发酚(volatile phenol,VP),影响水体富营养化参数为COD_(Mn)、TP、TN,影响WEHR的参数为氟化物(F-)、铜(Cu)、砷(As)、镉(Cd)、六价铬(Cr~(6+))、铅(Pb)、氰化物(Cyanide)和挥发酚(VP).本文的研究结果可为区域水环境可持续发展和水资源的合理配置提供有力的科学依据.
  • 白洋淀湿地表层土壤主要环境元素分布特征及来源
    刘雪松, 王雨山, 王旭清, 尹德超
    2022, 34(02): 496-505.
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    白洋淀是雄安新区生态共同体的重要组成部分,在“白洋淀生态环境治理和保护规划”中,淀区内纯水村和耕地将被淹没,而上述陆地的土壤环境元素分布特征及来源仍缺乏系统调查和分析.本文以淀区内现有0～20 cm土壤为研究对象,以环境元素As、Hg、Cd、Cr、Pb、Ni、Cu、Zn、N、P和土壤类型、质地为研究要素,以统计描述、方差分析、相关分析和因子分析为研究手段对淀区内土壤主要环境元素分布特征和来源进行刻画和分析.结果表明:淀区主要环境元素在不同土地类型的差异性分布是大气沉降和人类工农业活动综合作用的结果.除元素P外,其余环境元素的淀区背景值均高于区域背景值,呈富集趋势.大部分元素趋向于在农用地富集,在水田的富集最为突出,Hg元素则更易在村镇用地富集.淀区内土壤主要环境元素来源分3种类型:大气沉降型,代表元素为Ni、Cr、As、Pb、Cu和Cd,主要来自区域燃煤烟气的沉降输入;农业输入型,代表元素为P、N、Hg、Cd、Pb,主要来自本地农业施肥和人类生活垃圾输入;工业叠加型,代表元素为Zn、Cu、Cd、Pb,主要来自大气沉降和淀区临近的小冶炼的排放叠加,其中Pb、Cd、Cu为综合输入方式.
  • 白洋淀湿地不同植物群落区表层沉积物碳氮磷化学计量特征
    尹德超, 王雨山, 祁晓凡, 安永会, 王旭清, 徐蓉桢
    2022, 34(02): 506-516.
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    白洋淀是雄安新区的核心生态功能区.为探究白洋淀不同植物群落区表层沉积物碳(C)氮(N)磷(P)化学计量特征,采集了96组表层沉积物样品开展对比分析.研究表明:白洋淀湿地表层沉积物总有机碳(TOC)含量均值为39.64g/kg,范围为14.4～136.82 g/kg,总氮(TN)和总磷(TP)均值分别为2.62和0.75 g/kg,范围分别为0.72～10.57和0.46～1.38 g/kg;不同植物群落区表层沉积物C、N、P化学计量特征存在显著差异,挺水植物分布区表层沉积物TOC和TN含量高于其他区,水田区沉积物TP含量最高;表层沉积物C:N:P比例平均值为141:8:1,C:N比值相对稳定,C:P和N:P比值空间分异性较大;不同水生植物群落区沉积物C、N、P化学计量特征存在差异,挺水植物区沉积物C:P和N:P比值显著高于其他各分区,沉水植物区表层沉积物C:N最大,挺水植物区和沉水植物区C:N:P比例平均值分别为222:13:1和129:6.5:1;白洋淀表层沉积物C、N、P化学计量特征受植物群落生物量、磷氮磷化学计量特征、枯落物分解速率以及人类活动等多个因素影响;与我国东部主要湖泊相比,白洋淀表层沉积物C、N、P含量均处于较高水平,建议在水生植物生长末期收割打捞运出淀外,减少淀内N、P营养盐累积,减缓白洋淀富营养化和沼泽化进程.
  • 基于SWAT模型的典型农业小流域氮污染时空分布特征及关键源解析
    王慧勇, 遆超普, 王良杰, 董磊, 夏永秋, 颜晓元
    2022, 34(02): 517-527.
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    水资源恶化、水体富营养化严重威胁生态环境健康,农业活动所产生的氮是造成水污染的主要原因之一.本研究以句容水库农业流域为研究对象,基于实地监测数据验证了SWAT模型模拟当地氮污染的适用性,并分析了氮素负荷的时空分布特征及其关键源.结果表明:硝态氮(NO_3~--N)和总氮(TN)的年均入库量分别为9.98和27.22 t.时间尺度上,入库氮素负荷量年际呈现“M”型波动趋势;年内主要集中在汛期(6—9月),汛期氮素负荷量占到全年的84%以上.空间尺度上,径流NO_3~--N负荷量和TN负荷量均呈现“局部集中,临近水体”的分布特征,主要集中在农田占比高的地区.流域入库TN负荷量主要来源是农田施肥,贡献率达49.60%.研究结果可为当地流域氮污染控制提供理论依据.
  • 鄱阳湖水体溶解无机碳的季节变化、输送及其来源
    李艳红, 葛刚, 胡春华
    2022, 34(02): 528-537.
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    为深入理解鄱阳湖水体溶解性无机碳(DIC)、碳同位素时空分布特征及其影响因素,继而了解鄱阳湖碳通量及其主要碳源贡献率,于2019—2020年典型水文季节对鄱阳湖湖区及“五河”入湖口进行样品采集分析,采用统计学方法初步分析鄱阳湖及入湖口水体中DIC及其同位素(δ~(13) C_(DIC))分布特征.结果表明:(1) DIC浓度丰水期大于枯水期,而δ~(13)C_(DIC)值则相反,枯水期偏正,丰水期相对偏负;(2)鄱阳湖丰水期DIC月通量为266.1～268.4 t,平均值为267.3 t,枯水期DIC月通量为2.88～5.94 t,平均值为4.41 t,丰水期DIC通量是枯水期的60.6倍.CO_2水-气交换对鄱阳湖碳通量贡献率最大,为73.07%,其次为河流输入,为15.53%;(3)溶解碳酸盐岩风化是控制流域DIC来源及其δ~(13)C_(DIC)、组成的主要机制,季节性降雨形成的径流量变化是不同碳源对鄱阳湖碳通量贡献的主要控制因素.
  • 白洋淀春季沉积物好氧反硝化菌群落结构特征及对溶解性有机物的响应
    陈召莹, 张甜娜, 张紫薇, 周石磊, 董宛佳, 崔建升, 罗晓
    2022, 34(02): 538-552.
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    好氧反硝化因其独特优势成为近年来生物脱氮的研究热点,溶解性有机物(DOM)作为微生物碳源是造成群落差异的重要原因,为了探究白洋淀不同功能区好氧反硝化菌群落结构对溶解性有机物碳源的响应,本文结合荧光区域积分法以及napA反硝化基因的高通量测序技术,对白洋淀春季沉积物中的好氧反硝化菌群落结构特征以及好氧反硝化菌对溶解性有机物的响应进行研究.结果表明,春季白洋淀沉积物有机质组分类蛋白质组分高于类腐殖质组分,其中养殖区的类蛋白质组分最大,达到79.63%±3.79%,原始区的类腐殖质组分最大,达到33.91%±6.32%;高通量测序得到3693个OTUs,共分为9个主要门类,其中,变形菌门占比最大,达到99%以上;α多样性Chaol指数呈现显著的空间差异,并且旅游区>生活区>入淀区>原始区>养殖区;该时期好氧反硝化菌主要物种组成包括Aeromonas、Sulfuritortus、Cupriavidus、Pseudomonas和Thauera,Ferrimonas作为指示物种,差异贡献最大;冗余分析发现,可见光区类富里酸物质和微生物代谢产物组分分别是不同功能区好氧反硝化菌群落纲水平和属水平差异的主要原因.综上,通过对白洋淀好氧反硝化菌群与溶解性有机物的相关关系研究,不仅有助于进一步认识天然环境中氮循环微生物的特征;还可以为将来适于实际环境的高效菌筛选的碳源选择提供参考.
  • 亚高山湖泊天才湖周边土壤腐殖酸的光降解研究
    安世林, 罗春燕, 陈煜, 杜瑛珣
    2022, 34(02): 553-568.
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    溶解性有机质(DOM)是湖泊生态系统的物质循环和能量流动的基础.典型亚高山湖泊DOM的主要来源为流域土壤腐殖酸(外源DOM),其具有较强的光吸收特性,光降解是其重要的转化过程,从而改变碳、氮、磷等物质的存在形式.在气候变暖的背景下,亚高山湖泊中DOM的浓度、pH、溶解氧及太阳辐射都可能发生变化;但这些环境变化对亚高山湖泊DOM光降解过程的影响尚不够清楚.由此本文研究了亚高山湖泊——天才湖(树线下200 m)周边土壤提取的腐殖酸(THA)的光降解过程:首先考察在光源为500 W汞灯、不通气以及pH=8.0条件下THA的降解过程中DOC浓度、有色溶解性有机质(CDOM,以a_(280)表征)和荧光溶解性有机质(FDOM)的变化,其后定性比较、定量分析不同光降解条件(pH、载气和光照波段)对THA的光降解过程的影响.结果表明,THA含有4种荧光组分,其中C1～C3均为类腐殖质,占总荧光强度83.64%,C4占比16.36%,为类蛋白质物质.在500 W汞灯的照射下,THA分子量逐渐降低,10 h后DOC浓度降低44.5%,a_(280)随光照时间的增加逐渐减少,CDOM含量较初始大幅度下降;而FDOM(以荧光组分强度表示)总体趋势表现为先增加后下降.相对于弱碱性的环境(pH=8.0),弱酸性环境(pH=6.0)更有利于THA的光化学过程.氧气的存在很大程度上促进了DOM光化学转化过程,通入空气的条件下a_(280)的降解速率是氮气条件下的3.25倍.在不同光波段的实验下表明,可见光和紫外光对THA降解的贡献差异较大,紫外光波段的表观光子降解率(η)约为可见光的5～11倍.结果表明在气候变化背景下,亚高山湖泊中DOM的光化学降解将可能加快,亚高山湖泊在碳循环中的作用可能增强.
  • 网围拆除后东太湖鱼类功能群时空变化及影响因子
    谷先坤, 刘燕山, 唐晟凯, 李大命, 张彤晴, 曾庆飞, 毛志刚, 陈辉辉, 谷孝鸿
    2022, 34(02): 569-581.
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    通过2019年4、7、10月对网围拆除后东太湖原网围养殖区和非养殖区鱼类资源的调查监测,构建“营养-运动”复合功能群,分析探讨鱼类功能群的时空分布特征及其与环境因子的关系.结果表明:网围拆除后东太湖鱼类群落监测到39种,鲤科鱼类占比66.67%,与太湖相当(66%).采集到的鱼类可构建为4个营养功能群和5个运动功能群,共计11个复合功能群,其中“杂食性-纺锤体型且运动能力强”功能群占比最大,比例为41.34%;其次为“初级肉食性-纺锤体型且运动能力强”、“植食性-纺锤体型且运动能力强”、“次级肉食性-纺锤体型且运动能力强”功能群,占比分别为28.70%、13.46%、13.40%,其他功能群占比较少.在季节变化上,4—10月,原网围养殖区一直以“杂食-强纺锤”鱼类功能群为主,非养殖区则是从“杂食性-纺锤体型且运动能力强”+“植食性-纺锤体型且运动能力强”功能群为主向“初级肉食性-纺锤体型且运动能力强”功能群为主演变;空间分布上原网围养殖区杂食性、次级肉食性、植食性鱼类功能群密度大于非养殖区,初级肉食性功能群密度小于非养殖区.环境因子中氨氮是影响原网围区鱼类功能群结构分布的显著影响因子,且与所有鱼类功能群分布呈负相关.pH、总磷、总氮、溶解氧等也是影响鱼类功能群分布的主要环境因子,但其影响并未达到显著水平.鱼类功能群分析表明网围拆除对东太湖鱼类群落恢复及生态系统修复具有积极作用,但仍需对网围拆除后鱼类群落及自然环境的演变规律进一步探讨和分析.
  • 秀丽白虾（Exopalaemon modestus）对亚热带湖库春夏季水体营养水平和浮游生物群落的影响——基于微宇宙模拟实验
    宁晓雨, 张磊, 陈坤全, 韩财安, 李启升, 李宽意, 何虎, 赵璧影
    2022, 34(02): 582-589.
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    秀丽白虾(Exopalaemon modestus)是我国大型淡水湖库的重要经济渔获对象,也是水体中浮游动物的捕食者之一.以往的研究从渔业的角度揭示了秀丽白虾的生物学特征与食性,但少有研究探讨秀丽白虾这一无脊椎动物捕食者对春、夏季浮游生物群落的影响.本研究设计了一个单因素户外微宇宙实验,比较了春季-初夏(4—6月)时期,有无秀丽白虾条件下水体氮、磷浓度以及浮游生物生物量和群落结构的变化.结果表明:1)秀丽白虾的存在显著降低了春季水体总氮(TN)浓度,增加了水体总磷(TP)浓度,降低了水体TN:TP比值;2)秀丽白虾的捕食减少了大型枝角类Daphnia pulex和浮游动物总生物量,D.pulex在浮游动物群落中的优势度被轮虫取代,浮游动物群落趋于小型化;3)秀丽白虾显著增加了春季水体叶绿素a浓度,但对浮游植物群落结构的影响不明显.研究表明在大型湖库中,秀丽白虾等无脊椎动物捕食者可能是影响浮游生物群落变化的因素之一,在春季浮游生物研究中应予以关注.
  • 基于脂肪酸生物标志物分析南京市及其周边不同营养水平湖库的浮游动物碳源
    马静静, 李廷真, 李宽意, 苏雅玲, 刘正文
    2022, 34(02): 590-600.
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    脂肪酸在生物的摄食活动中相对稳定,可用于辨别消费者的食物来源.不同营养水平的湖泊与水库中浮游动物的碳源组成有差异,因而可能具有不同的脂肪酸组成特征.本研究对南京市及其周边21个湖库的颗粒有机物(POM)、浮游动物的脂肪酸组成进行了对比分析.结果表明,南京市及其周边湖库21个湖库由中营养、轻富营养、中富营养、重富营养共4个营养水平组成.中营养湖库总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chl.a)、浮游植物生物量均低于富营养湖库,透明度(SD)则相反.中营养湖库中POM脂肪酸的必需脂肪酸(EFA)平均浓度低于富营养湖库;而细菌特征脂肪酸ΣC15+ΣC17含量高于富营养湖库.随着湖库富营养化,POM中多不饱和脂肪酸(PUFA)浓度逐渐增大,单不饱和脂肪酸(MUFA)浓度则逐渐减少.中营养湖库中浮游动物PUFA浓度普遍低于富营养湖库,ΣC15+ΣC17含量高于富营养湖库;且浮游动物体内主要来源于藻类的必需脂肪酸EFA/C16:0比值与细菌源脂肪酸(ΣC15+ΣC17)/C16:0比值均大于其他湖库,表明中营养湖库中浮游动物摄食了较多细菌.随着湖库营养水平升高,浮游动物饱和脂肪酸(SFA)逐渐增多,MUFA浓度逐渐减少,EFA浓度增多,表明浮游动物主要摄食藻类,而外源碳对浮游动物的碳源贡献较小.冗余分析(RDA)结果显示,EFA/C16:0、(ΣC15+ΣC17)/C16:0与透明度呈正相关,与Chl.a、总磷、磷酸盐呈高度负相关,表明透明度较高、营养水平相对较低的湖库中,浮游动物可能利用较多的藻类与细菌碳;此外,陆源碳转化指标ΣC24/C16:0与TN、硝态氮呈正相关性,表明随着营养水平升高,陆源碳对浮游动物碳源贡献呈增加趋势.总体而言,浮游动物更倾向于利用高质量的内源碳,但在内源碳不足以供给水生生物生长需求的中营养水体中,外源碳对生态系统的物质循环和能量流动会产生重要作用.
  • 鄱阳湖环湖灌区枯季缺水量分析及对策建议
    李振旗, 程和琴, 李纪人, 向诗月, 滕立志
    2022, 34(02): 601-618.
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    近年来,在以三峡大坝为代表的一系列流域人类活动作用下,鄱阳湖出现了枯水期延长、水位提前消落的现象,导致了一系列生态环境和民生问题.本文从环湖灌溉缺水入手,采用11种概率分布分析1953—2018年星子站水位,进行比较优选后选择Wakeby分布作为理论分布,得到90%保证率下的湖泊年平均水位及枯季9月至翌年2月月平均水位,并据历年平均水位选取代表水文年,进行环湖灌区水资源供需分析,获得缺水量.在此基础上,建立灌区缺水量变化与长江干流流量变化的量化关系,讨论其应对策略.结果表明:自2003年三峡工程运行以来,由于湖泊枯季水位降低,90%保证率下鄱阳湖环湖灌区9月至翌年2月的缺水量已达到2.26亿、2.12亿、0.57亿、0.58亿、0.55亿、0.25亿m3.通过调节长江干流流量满足环湖灌区用水需求的方案受到时段和“五河”来水状况的限制,即该方案仅适用于枯季9-10月“五河”来水减少的情况下.受限于这些条件,调节长江来水并非治本之策,目前仍需采取其他更为有效的手段以恢复鄱阳湖的水位及其过程.
  • 三峡水库蓄水前后长江中下游流量频率分布特征及其对洪水造床作用的影响
    周炜兴, 孙昭华, 周坤, 李芷晴, 陈立
    2022, 34(02): 616-629.
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    三峡水库蓄水前后长江中下游流量特征变化及其对造床作用的影响一直受到学者的关注.采用枝城等6个水文站日均流量资料,分别统计了各站流量的经验频率分布,检验了8种概率密度函数的适用性,并讨论了三峡水库蓄水前后流量频率分布特征与造床流量的关系.研究表明:长江中下游干流洪中枯各级流量的频率分布具有分段特性,无法用皮尔逊Ⅲ型或对数正态等常见函数来整体描述,但中洪流量区段符合分段幂函数;拟合得到的分段幂函数转折点可近似反映造床流量,包括临界值在内的函数特征参数受洞庭湖等调蓄作用影响,在螺山站上下游差异较大;三峡水库蓄水后,洪水削减使得各站的流量频率分段特性增强,分段幂函数仍然适用;由于三峡水库蓄水后流量过程变化和频率调整的影响,枝城、沙市、监利站造床流量将变为蓄水前的0.79、0.73、0.74倍,螺山、汉口、大通站造床流量将变为蓄水前的0.89、0.90、0.93倍.本文的方法和认识对于长江中下游径流特征分析和造床流量计算具有参考价值.
  • 控制—反调节水库协同生态调度的优化策略：以三峡—葛洲坝梯级水库为例
    李游坤, 林俊强, 秦鑫, 刘毅, 任玉峰, 张晓光
    2022, 34(02): 630-642.
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    全球主要河流已成为受梯级水库控制的人工调节系统.河流鱼类作为淡水生态系统的重要组成部分,在人类对河流水能资源开发利用的进程中,面临着种群退化、多样性丧失的巨大胁迫.水库生态调度是在鱼类关键生命期人为营造满足鱼类需求的水文水动力条件,减缓水库不利生态影响的一种生态环保措施.然而,在生态调度的实践过程中,受水库不同运行方式影响,下游水流条件在局部时段存在与鱼类需求相悖的情况,有进一步提升空间.本文选择了当前世界上规模最大的三峡水电站和其下游的葛洲坝水电站为案例,建立了梯级水库联合调度模型,模拟分析了梯级水库协同运行改善下游河道鱼类繁殖条件的可行性,并探讨了优化调整策略.结果表明,目前三峡、葛洲坝梯级水库生态调度的运行方式,大多数情况下仅通过葛洲坝水库小时尺度的精细调度,就可实现下游四大家鱼产卵繁殖所需的小时尺度连续涨水目标,并可一定程度提升发电出力,达到生态与经济共赢的良好成效.研究结果表明葛洲坝水库有能力在生态调度的特定时期内充分运用反调节库容调节三峡日出库流量过程,可为梯级水库生态调度的优化实践提供积极参考.
  • 基于频谱分析的水体波浪—紊动流速分离方法
    段雨新, 张占飞, 张英豪
    2022, 34(02): 643-651.
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    根据波浪影响下水质点运动速度的频谱分布特征,本文提出了一种用于分离水体波浪轨道流速与紊动流速的分离方法.该方法仅需通过一台流速仪对水体瞬时流速进行高频测量,便可对水体波浪-紊动流速进行分离,实现受波浪影响水体的紊动分析.通过验证,频谱分析法不仅能够用于实验室中规则波浪条件下水体波浪-紊动流速的分离,还能够对野外不规则波条件下水质点运动速度进行分离.分离过程中,波浪窗口的频域设置可影响流速分离效果.当频域设置位于波浪窗口以外时,频域设置范围大小对分离结果影响较小,且均能对波浪-紊动流速进行有效分离.此外,流速测量频率对分离结果产生影响.当流速测量频率较低时,瞬时流速不能反映水体紊动信息,频谱分析法对流速的分离效果较差.
  • 半干旱地区洪水模拟效果差异性分析及影响因子响应评估
    刘玉环, 李致家, 刘志雨, 罗赟, 霍文博
    2022, 34(02): 652-663.
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    中国北方半干旱地区的降水与下垫面条件具有明显的时空异质性,如何完整准确地描述该类区域的水文过程是当代水文学研究的难点之一.选择半干旱地区水文实验区域——绥德流域和曹坪流域,通过构建不同时空规律的降水场,并结合3种不同产流机制的水文模型,进行大型数值模拟实验,去探究时间、空间、产流机制等因素对半干旱地区洪水模拟的影响,为该类地区水文模型的研制工作提供借鉴.结果表明:1)半干旱地区中小流域的产流对降雨强度较为敏感,因此降水输入的时间步长对洪水模拟效果的影响程度较大;相比之下,流域雨量站数量的增减,仅体现在降雨分布场的暴雨中心缺失以及面平均降雨量的微小差别,对洪水模拟效果的影响程度较小.2)水文模型能否准确描述主导水文过程是半干旱地区洪水模拟效果优良的关键,流域的尺度效应及其下垫面条件的空间异质性是半干旱地区不同水文模型研制和调整应当优先考虑的问题,无论时间步长、雨量站数量怎么组合,产流结构适宜的模型其模拟效果总是趋于较好的结果.
  • 过坝下泄水流中温室气体排放速率的数值模拟
    黄菊萍, 欧洋铭, 李然, 冯镜洁, 李哲
    2022, 34(02): 664-674.
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    当水流通过泄洪建筑物下泄时,水体中所溶解的温室气体(二氧化碳(CO_2)、甲烷(CH_4)等)会因为所受压力的瞬间改变而导致溶解度降低,从而造成气液之间传质的发生及水中温室气体的排放.然而,目前对于泄流条件下水中温室气体排放的研究还较为缺乏.鉴于原型观测与模型试验的局限性,本文建立了大坝泄流条件下温室气体排放速率的数学模型,模型基于VOF(volume of fluid)气液两相流模型,考虑了温室气体在过坝下泄过程中发生的气泡传质和自由液面传质.本文以温室气体CO_2和CH_4为研究对象,分别通过模拟溶解态CO_2和CH_4在过流坝面和空中挑射过程中及在坝下消力池或水垫塘内的输移扩散,计算得到CO_2和CH_4在水中的浓度分布及在不同上游来流的温室气体浓度工况下的坝下温室气体排放速率.模拟结果表明,坝下温室气体在水中的浓度分布主要受到上游来流浓度大小、气液传质的发生及溶解气体输移扩散的影响.其中,上游来流的温室气体浓度大小为影响坝下温室气体排放速率的主要因素.本研究为明确不同泄洪方式下的温室气体排放速率的大小和科学评估水电碳足迹提供了新的研究思路和技术基础.
  • 太湖流域长荡湖近百年生态环境演变过程
    刘维淦, 林琪, 张科, 沈吉
    2022, 34(02): 675-683.
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    社会经济转型产生的多重人为驱动力对太湖流域的生态环境和服务功能造成了深远的负面影响.湖泊沉积记录有助于探索流域人与环境长期相互作用过程,为生态修复提供理论支撑.本研究通过对太湖流域长荡湖沉积岩芯有机质、营养盐和重金属元素等指标的系统分析,在~(210)pb定年结果的基础上,结合地球化学标准化方法以及流域人类活动资料,解析了近100年来湖泊的富营养化和重金属污染过程、特征与主要驱动因素.结果显示,长荡湖岩芯沉积指标呈相似的三阶段历史变化,1950s之前,沉积物有机碳、总氮和磷较为稳定,湖泊营养水平较低,对应人类活动影响较弱的准自然演化阶段;随后湖泊进入人为主导的过渡阶段,特别是在1970s,湖泊营养水平、藻类生产力以及重金属污染程度(Cd>>Sb>Cu≈Pb≈Zn)均显著升高,直接受到流域人口增加、农业集约化、工业化和城镇化导致的污染排放的影响.1980s以后,类似于太湖流域大多数湖泊,长荡湖已经大幅偏离自然演化基线,处于高度富营养化、重污染的状态,威胁流域生态安全.本研究进一步指出,深入理解湖泊生态环境历史演变过程及人为影响有助于湖泊-流域系统的可持续管理.
  • 黑龙江省连环湖孢粉记录揭示的约220年的环境变化与人类活动
    王小丽, 肖海丰, 肖霞云
    2022, 34(02): 684-694.
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    通过~(210)Pb测年建立年代标尺,利用黑龙江省连环湖阿木塔泡高分辨率的孢粉记录,探讨了研究区约220年的环境变化与人类活动.研究表明,1790—1820 AD期间,植被类型可能是以禾本科为主的草甸草原植被,沙地类型以固定沙地为主,气候相对较凉湿或环境几乎不受人类活动的破坏,湖泊营养较丰富.1820—1930 AD期间,草甸草原植被中禾本科和菊科植物比例下降,藜科和蒿属植物比例增加,固定沙地减少、半固定沙地逐渐增加,气候逐渐变干或可能伴随人类破坏环境的活动增强,湿地面积减少.1930—1980 AD期间,针叶乔木松树比例有所增加,草甸草原植被中菊科植物比例是220年来最高的,藜科植物也略有增加,而禾本科和蒿属植物比例下降,推测此阶段固定沙地持续减少,半固定沙地扩张到220年以来面积最大,指示气候进一步变干且伴随着人类活动对自然环境的破坏强度增加,湖泊湿地面积进一步减少.1980—2000 AD期间,草原植被中藜科植物的比例是220年以来最高的,流动沙地面积明显增加,湖泊湿地面积锐减,结合气象数据,得出此期的植被变化是由人类大范围围湖造田以及湿地水田化等活动导致的.2000—2010 AD期间,研究区周围以桦木/鹅耳枥属和栎属为主的落叶阔叶乔木比例增加,草原植被中藜科和菊科植物比例是220年以来最低的,揭示流动沙地和半固定沙地面积明显减少,结合气象数据,认为此期孢粉组合揭示的植被变化主要受人类退耕还草还林,种植桦木/鹅耳枥属、榆属等阔叶植物以及在八支干渠建闸引水至连环湖等活动的影响.
  • 神奇的球状冰（冰球、冰蛋）
    解飞, 卢鹏, 程斌, 杨倩, 李志军
    2022, 34(02): 695-698.
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    大量球状冰集聚排列是自然界中较为罕见的现象,一般发生在浅滩、湖岸和河岸处.因球状冰形态特征的特殊性,常被称之为冰球、冰蛋.球状冰的形成与发展受气象、水动力和水滨地形条件等多因素共同控制,且具有一定的时空限制,必须在短时间内多因素协同干预才可能引发冰球集聚.正是凭借“制造”条件的苛刻性导致了冰球集聚现象的罕见,也造成了全球各地冰球出现的位置、形态和数量之间存在差异.已有来自于德国、俄罗斯、芬兰和加拿大等多个国家关于冰球现象的报道,但发生频率极少,约20～30年一次.近年来在吉林省的查干湖和四海湖发现了冰蛋现象,但关于球状冰从形成到大量集聚之间的定量研究依然缺少实测数据分析支撑.毫无疑问,来自大自然的神奇现象为科学探索研究提供了更多的动力和乐趣.