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  • 2022年, 34卷, 第03期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 水质较好湖泊环境保护的理论基础及中国实践
    郑丙辉, 曹晶, 王坤, 储昭升, 姜霞
    2022, 34(03): 699-710.
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    目前,我国湖泊富营养化及蓝藻水华问题十分突出,国家高度重视湖泊的生态环境保护.自“九五”以来,国家就投入太湖、巢湖、滇池“老三湖”等重污染湖泊的治理,但成本巨大,且历经近30年才初见成效.按照湖泊污染程度,湖泊治理与保护可分为“污染治理型”“防治结合型”“生态保育型”3大类.“老三湖”的治理是典型的“先污染、后治理”的模式,水质较好湖泊主要属于生态保育型湖泊,因此,“老三湖”治理模式不适用于水质较好湖泊的保护.本文系统总结了我国水质较好湖泊优先保护理念的形成和水质较好湖泊专项实施的历程.根据水质较好湖泊的特点,及其生态系统退化与修复的一般过程,提出了水质较好湖泊保护的基本思路.从热力学角度,阐明了氮磷营养盐输入湖泊生态系统中是熵增过程,也是湖泊生态系统退化的根本原因,湖泊氮磷污染负荷源头控制是关键.湖泊流域生态安全格局是确保湖泊生态系统健康的基础,从景观生态学角度,阐明了优化湖泊流域水土资源利用、优化发展模式是减轻湖泊环境压力的重要途径.在浅水湖泊生态系统,以沉水植物占优势的“清水态”和以浮游植物占优势的“浊水态”转换过程不是沿着同一条途径,存在上临界阈值和下临界阈值,水生态修复过程表现出一种迟滞的现象.从湖泊水生态系统稳态转换理论角度,阐明了湖泊生态修复工程应在湖泊生态系统发生退化转变之前实施,才能获得较高的环境效益.通过国家财政专项对81个水质较好湖泊的支持,既能促进湖泊流域经济社会发展,又能确保湖泊水环境质量变好,湖泊水生态系统逐步改善.建议加强不同类型湖泊保护模式的总结,深入对水质较好湖泊生态系统演替理论和保护技术研究,支撑国家系统开展水质较好湖泊保护.
  • 湖库温跃层溶解氧最小值的形成原因、衍生的生态风险及控制研究进展
    文刚, 王硕, 曹瑞华, 温成成, 杨勐, 黄廷林
    2022, 34(03): 711-726.
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    溶解氧(DO)对湖库的生物地球化学循环、生态系统结构和功能起着至关重要的作用,也是评价水生态系统的敏感性指标.DO浓度的降低对水生态有着重要影响.结果显示,多数湖库在夏秋季热分层期间,由于温跃层较高的密度梯度、藻类衰亡和有机质的降解以及微生物的呼吸作用会消耗大量的DO,从而形成温跃层溶解氧最小值(MOM),甚至在该区域诱发厌氧状态.MOM可驱动浮游动物日夜垂向迁移,影响无脊椎动物和鱼类分布迁移模式及种群结构,破坏水体生态分布,致使生物非正常死亡,危害水体生态安全;此外,MOM也可诱发温跃层温室气体(CH_4和CO_2)大量形成,影响水源地水质,成为湖库生态安全隐患.目前对MOM所导致的生态风险和水质问题以及最终的控制方法已有较多研究成果,但缺乏综述性的研究.本文从MOM研究历史、研究方法、形成原因、生态风险及控制方法等方面进行论述,并展望今后研究热点,旨在推进MOM的相关研究进展,保障湖库生态平衡和供水水质安全.
  • 太湖长孢藻属（Dolichospermum）生物量长期动态变化及驱动因子
    屈宁, 李明, 张玮, 刘霞, 朱梦圆, 邓建明
    2022, 34(03): 727-742.
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    针对近年来太湖水体中长孢藻(Dolichospermum,曾用名鱼腥藻Anabaena)比例增加的趋势,本文研究了2005—2019年太湖春季不同湖区长孢藻生物量的长期变化趋势和空间差异,探究了冬、春季气象条件(气温、日照时长、风速、降雨量)和营养盐(总氮、总磷)水平对其的影响.结果表明,2005—2019年太湖监测数据显示春季长孢藻生物量有比较明显的升高现象,主要发生在竺山湖富营养程度较高的区域,其次是湖心区、梅梁湾和南部湖区.偏最小二乘路径建模(PLS-PM)结果表明,不同湖区长孢藻生物量变化的主要驱动因素存在差异.在湖心区,春季长孢藻的生物量主要受冬季气候条件(气温、风速、日照时长)的影响,其次受春季营养盐和春季气候条件的影响.在梅梁湾、竺山湖和南部湖区,春季长孢藻的生物量主要受春季气候条件的影响.在梅梁湾和竺山湖,春季风速、日照时长是春季长孢藻生物量的显著影响因子;在南部湖区,春季长孢藻生物量的主要驱动因素是春季的日照时长和春季气温.本研究从长时间序列角度,对太湖固氮蓝藻的时空分布特征和影响因素开展了研究,为太湖不同湖区开展针对性的藻类水华防控和富营养化治理提供理论基础.
  • 汉江中下游水华防控生态调度研究
    李建, 尹炜, 贾海燕, 辛小康, 王超
    2022, 34(03): 740-751.
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    汉江中下游1992—2021年冬春季节共计暴发了十余次大规模水华事件,水生态安全和饮用水安全频繁受到威胁.基于历次水华发生情况,分析总结了汉江中下游水华特征和暴发成因,根据水华与水文过程响应关系研究提出了抑制水华的关键指标及其调控阈值,构建了汉江中下游水利工程联合生态调度方案,明确了抑制水华的生态调度方式和调度持续时间,并结合2021年1月下旬抑制水华生态调度实践分析了调度效果.研究表明:(1)汉江中下游水华暴发时间主要集中在1—3月份,兴隆水库修建后水华发生河段已经从潜江以下向上游扩展至兴隆库区;(2)发生水华年份汉江下游流量明显小于不发生水华年份,兴隆库区河段和仙桃自然河段抑制水华的临界流速(流量)存在差异,分别为0.20 m/s(1160 m~3/s)和0.67 m/s(1040～1200 m~3/s);(3)丹江口水库加大下泄流量和兴隆水库水位波动式调节是抑制水华的关键调度方式,联合生态调度适合以5 d为一个调度周期.
  • 持续性高藻输入河道温室气体时空排放特征及其影响因素
    张璐, 荀凡, 沈悦, 柯凡, 杜先, 陈新芳, 冯慕华
    2022, 34(03): 752-765.
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    淡水水生生态系统是大气中温室气体气体重要的“源”,对于城市的动脉——城市河流(尤其是持续性高藻输入河道)温室气体的研究比较匮乏.太湖梅梁湖的高藻水排入地梁溪河是典型的高藻输入河道,月均藻密度为3.6×10~7cells/L,夏季日均藻密度为1.2×10~8 cells/L.本文以梁溪河为研究对象,采用静态箱法测定了梁溪河河道CH_4、CO_2通量,分析其特征及影响因素.结果表明:1)空间尺度上,各断面CH_4气体通量平均值为4.63μmol/(m~2·s),CO_2气体通量平均值为98.87μmol/(m~2·s).CH_4在各断面均呈释放态,CO_2除在梅梁湖泵站处呈吸收态外,在其余各点位同样呈释放态;2)对鸿桥点位进行温室气体通量的日尺度观测发现,CH_4通量日变化峰值出现在傍晚,CO_2通量日变化峰值出现在正午前后,昼夜变化不明显;3)影响梁溪河CH_4通量变化的主要因素为河道流速、水体溶解氧浓度和固体悬浮物浓度,影响梁溪河CO_2通量变化的主要因素为河道流速、水体溶解氧浓度、氧化还原电位和pH值,另外河道的水动力条件和蓝藻堆积密度成为影响温室气体排放的关键因子.梁溪河作为典型的高藻输入河道,其温室气体排放量显著高于世界河流平均气体排放量(CO_2释放平均值为7.65μmol/(m~2·s),CH4释放平均值为0.1μmol/(m~2·s)).因此,持续性高藻输入河道温室气体排放机制的研究对准确评估全球河流碳排放具有重要理论支撑作用.
  • 低浓度硝态氮促进微囊藻累积多聚磷酸盐
    陈成, 郑超群, 王梦梦, 杨顺清, 杨柳燕
    2022, 34(03): 766-776.
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    2016年以来太湖总磷浓度高位波动而总氮浓度持续下降,藻细胞内源性磷释放是湖泊水体总磷的重要来源,而多聚磷酸盐作为藻细胞内磷的储存库,其含量变化会显著影响藻细胞内源性磷的释放量.针对上述现象,开展了不同硝态氮浓度影响野外水华蓝藻及实验室纯培养的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)利用磷特别是合成多聚磷酸盐(PolyP)的研究,并通过测定低硝态氮浓度下铜绿微囊藻的光合活性以及抗氧化系统活性,探索低硝态氮浓度促进微囊藻合成PolyP的生理机制.研究结果表明,当水体硝态氮浓度低于2 mg/L时,水华蓝藻和铜绿微囊藻均能大量吸收磷酸盐,并在胞内累积PolyP.同时,由于水体中可利用氮浓度下降,铜绿微囊藻胞内蛋白质干重(0.6 mg/mg)也显著下降.此时,铜绿微囊藻细胞的光合活性仍能达到高氮对照组的75.1%～88.7%,但由于碳和氮同化潜力的下降,较强的光合活性导致细胞内活性氧累积,使细胞处于氧化应激状态,导致藻细胞内蛋白质、核酸和细胞膜结构受损.而由于PolyP具有保护作用,微囊藻合成大量PolyP,以适应缺氮的水环境,导致蓝藻奢侈吸磷.因此,低硝态氮促进微囊藻累积多聚磷酸盐,从而提升细胞内总磷含量,而高含磷蓝藻衰亡释放磷,就会增加水体中总磷浓度.
  • 广西武鸣盆地岩溶泉口浮游生物群落对水环境变化的响应
    韦丽琼, 郭芳, 姜光辉
    2022, 34(03): 777-790.
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    近年来我国西南岩溶地区一些岩溶泉出现水生生态系统由草型向藻型转变的问题,但水化学监测却显示泉水水质依旧良好.岩溶泉的水质变化与水生生态系统退化不同步,故探寻岩溶泉水环境的变化以及浮游生物群落的响应,对全面掌握和客观评价泉水的健康状况具有重要意义.于2016年7月、2020年7月两个时期对广西武鸣盆地内4个岩溶泉进行了浮游生物调查和水环境监测.结果显示,4年后浮游生物检出种类和数量增加.浮游植物快速繁殖,总丰度由1.71×10~5 cells/L上升至79.92×10~5 cells/L,蓝藻门或绿藻门比例上升;浮游动物总丰度由264.28 ind./L降至137.25 ind./L,大型甲壳类浮游动物密度减少,部分泉口轮虫类密度增加.同时,优势种转变为更适应于富营养化环境的耐污种,或耐污种种类和数量上升.浮游生物的多样性与水体营养水平并未完全吻合.理化指标的水质评价结果显示,4个泉的水质仍属于Ⅰ类或Ⅱ类,但综合营养状态指数显示营养状态均向富营养化方向发展,大部分泉基本已处于中—富营养水平.冗余分析结果显示,水温、pH、亚硝态氮、总磷、硝态氮浓度是影响岩溶泉浮游植物群落结构的主要环境因子.浮游动物群落结构与水温、亚硝态氮、氨氮和叶绿素a浓度显著相关.两个时期浮游生物对主要水环境因子的变化有了一定的响应.建议岩溶泉的水质评价依据理化指标的同时还应关注生物指标,多个指标的相互验证才能更全面的反映水体健康状况.同时,为使泉口以及区域地下水资源的可持续开发利用,建议对重要泉口划分泉域保护区,控制泉口污染物的输入,合理开发和管理地下水资源,对已转变的水生生态系统可考虑尽快进行生态修复.
  • 基于Landsat 8 OLI影像反演的湖北大冶湖水体光学衰减特性
    任伟祥, 吴晓东, 聂洪峰, 肖春蕾, 葛绪广, 杨久芸, 罗璐
    2022, 34(03): 791-803.
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    水体光学衰减特性直接影响湖泊的清澈程度和沉水植被的生存,利用遥感技术获取湖泊光学衰减分布特性能极大提高效率.基于2017—2019年的原位调查数据,利用Landsat 8 OLI影像开发了大冶湖水体光学衰减系数(K_d)的遥感反演模型,并分析大冶湖水体K_d的多年时空分布特性与驱动机制,以期为大冶湖流域的修复与管理提供参考.结果表明:波段比二次模型K_d=9.61(B1/B4)2-2.41(B1/B4)-6.40效果最好,精度达到R~2=0.79,MAPE=23.9%,RMSE=0.89 m~(-1).大冶湖水体Kd值的主要影响因素为悬浮物和浊度等,其次为有色溶解性有机物和叶绿素a.大冶湖K_d值分布在空间上由西向东逐渐递减,但局部也受到风速、陆源输入、人为活动和微生物活动等的影响,季节上平均以夏季最高、冬季最低.2013年以来大冶湖水体K_d值整体呈现下降趋势.
  • 太湖底泥垂向构成类型及底泥—水界面组成物质
    侯豪, 朱伟, 许小格, 薛宗璞, 程林
    2022, 34(03): 804-815.
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    针对太湖中底泥—水界面上物质的状态、性质及其对水质的影响问题,本文通过对太湖8个湖区39个采样点的现场调查取样和实验室检测,分析太湖底泥状态和垂向上的构成、不同区域底泥—水界面物质的差异及底泥与磷释放和湖泛之间的关系.结果表明:太湖底泥—水界面上存在3种物质:粉质硬黏土、淤泥质粉土和悬浊水层.粉质硬黏土(硬底板)是太湖形成前的沉积物,全湖普遍存在,并于湖心区等部位直接裸露;淤泥质粉土是太湖湖相历史形成的沉积物,覆盖了约68%的湖底面积而直接与水接触;悬浊水层在近些年输入颗粒物比较多的区域出现.太湖底泥的垂向存在4种结构,其中Ⅰ型、Ⅱ型结构对水的影响比较小,Ⅲ型、Ⅳ型是易于释放的结构,是磷释放的潜在风险类型.本次调查发现的悬浊水层中有机质和总磷的含量很高,出现位置与湖泛发生区吻合,是对太湖水质产生较大影响的物质.
  • 基于GIS的洱海流域氮素时空分异特征及源结构解析
    李晓琳, 帅永芳, 张翼, 郑毅, 危锋, 韦晓雪
    2022, 34(03): 816-827.
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    氮是造成洱海水体富营养化的重要驱动因子,明晰流域内农村及城镇的氮素时空分布特征,对洱海水环境保护有着重要意义.本文利用输出系数模型计算洱海流域的总氮污染负荷及其组成结构;结合GIS空间分析功能,细化26个子流域总氮污染负荷及来源.研究结果表明:1998、2005、2010和2016年的洱海流域总氮污染负荷分别为2442.43、2573.10、2606.28和2389.10 t.点源污染逐年增加,面源污染在逐年减少,但面源污染依然为主要污染源.从污染组成结构上看,化肥污染、畜禽养殖和农村生活是洱海流域氮污染负荷的主要来源,分别占总污染负荷量的35%、24%和17%.2016年洱海流域单位面积负荷量主要集中在1000～1500 kg/km~2,以中和溪(1857 kg/km~2)、桃梅溪(1582 kg/km~2)、白石溪(1541 kg/km~2)、罗时江(1088 kg/km~2)和波罗江(1050 kg/km~2)子流域负荷较高.未来可通过生活污水集中处理,提高污水处理率;畜禽养殖规模化,加强粪便处理技术;优化化肥和有机肥结构等措施减少总氮入湖负荷,控制洱海水体富营养化.
  • 硫铝酸盐水泥去除微污染水体中磷的性能及机理
    杨蕤, 刘国, 黄艳采, 张琪琪, 徐芬, 廖兵, 刘静
    2022, 34(03): 828-842.
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    微污染湖泊、水库等水体中磷的去除已成为水质研究的主要方向.磷是造成水体富营养化的关键因素,其浓度较低时即可导致水体富营养化与水华的发生,许多除磷方法对低浓度磷的去除效果不佳.因此,我们从22种天然矿物、火山灰质材料和水硬性材料中,筛选出了能高效去除低浓度磷的硫铝酸盐水泥(代号R.SAC 42.5,简称R),该材料在中性、偏酸性的溶液中呈絮凝体状态.本文从吸附动力学、等温吸附曲线、SEM和XRD分析3个方面研究了R对微污染水体中磷的去除机理、环境因素(pH、温度、光照、扰动和溶解氧浓度)对已被R絮凝体吸附的磷酸盐再次溶出的影响以及R在实际微污染水体中的应用效果.结果表明,中性条件下,R絮凝体在0.5 min内就可完成对磷酸盐的去除.当R絮凝体用量为0.10 g/L时,可将0.10 mg/L的磷酸盐完全去除.初步分析表明,磷的去除是由于R絮凝体与磷酸盐之间的化学吸附作用,吸附初始反应阶段可由Langmuir等温线描述.SEM和XRD分析表明磷酸盐主要吸附在R中的硅酸三钙表面,絮凝后的R通过溶液中离子的网捕、压缩、沉降增加了磷酸盐吸附量.环境因子实验表明,在pH为5.0～8.0范围内,磷酸盐去除率可达90%以上.光、温度和溶解氧不影响磷酸盐的去除.扰动会导致部分磷酸盐解吸,但磷酸盐浓度仍低于0.05 mg/L.对微污染湖泊/水库除磷研究表明,絮凝后的R在湖泊/水库除磷、截留水中悬浮物、预防水体富营养化与水华方面具有潜在的应用前景.
  • 不同上覆水氟浓度对湖泊沉积物氟释放与微生物群落的影响
    朱翔, 徐志鹏, 罗一单, 彭福全, 庞晴晴, 谢磊, 马玉珅, 汪龙眠
    2022, 34(03): 843-854.
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    通过模拟沙湖沉积物—水系统,以沙湖原水氟离子(F~-)浓度为1倍浓度(0.69 mg/L),设置0.5倍浓度、1倍浓度、1倍浓度灭菌、2倍浓度和4倍浓度共5个实验组,探究不同上覆水F~-浓度背景下沙湖沉积物中F-的迁移.结果表明,沉积物F~-的释放量随上覆水F~-浓度的增加而呈下降的趋势,其中2倍和4倍浓度组的沉积物由释放F~-转变为吸附F~-.碱性水体有利于沉积物F~-的释放,即随着pH增大,F~-释放量也会增加.微生物的Beta多样性层次聚类分析表明,F~-会抑制Paenisporosarcina与Thiobacillus的相对丰度,但对Fusibacter的生命活动具有促进作用.根据各浓度组间优势菌属相对丰度与环境因子的冗余分析可得,Acinetobacter、Thiobacillus相对丰度与pH呈负相关;Fusibacter相对丰度与F~-浓度呈显著正相关,而Thiobacillus的相对丰度则与F~-表现出弱负相关.通过对各浓度组中重要离子的分析发现,0.5倍组和4倍组中F~-的迁移受Ca~(2+)、HCO_3~-和SO_4~(2-)浓度影响较大;相关性分析表明0.5倍浓度组的Ca~(2+)、HCO_3~-浓度与F~-浓度呈极显著正相关,而4倍组中F-浓度和Ca~(2+)、HCO_3~-浓度呈负相关,SO_4~(2-)浓度和F~-浓度的相关性则是0.5倍组呈负相关,4倍组呈极显著正相关.本文在不同上覆水F~-浓度背景下全面探究了沙湖沉积物中F~-释放和迁移机理,为沙湖及其他含氟地表水的氟污染防治提供理论支持.
  • 乌兹别克斯坦阿姆河流域水体中多环芳烃的分布、来源及风险评估
    金苗, 吴敬禄, 占水娥, Shakhimardan Shaniyazov
    2022, 34(03): 855-868.
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    为研究乌兹别克斯坦境内阿姆河地区水体中多环芳烃(PAHs)污染特征、来源并进行风险评估,采用高效液相色谱二极管阵列检测器串联荧光检测器法,对研究区域50个采样点中16种优先控制的多环芳烃进行了检测分析.结果表明,阿姆河地区水体中多环芳烃总浓度范围为3.19～779 ng/L,平均值为98.4 ng/L,中位值为40.1 ng/L,单体浓度范围为0～333 ng/L,检出浓度最高的单体为苊烯,5种单体芴、蒽、荧蒽、芘和?的检出率为100%,单体苯并[b]荧蒽的检出总量最高,水样中总浓度为786 ng/L,平均值为15.7 ng/L,中值为2.79 ng/L.不同水体含中低环多环芳烃(2～4环)与高环多环芳烃(5～6环)总浓度相近,但不同采样点间浓度差异较大.浓度较高的采样点主要集中在阿姆河三角洲的城市、农业灌溉区及近咸海区域.与世界不同研究区域相比,阿姆河流域多环芳烃浓度处于中等水平.采用相对丰度法、同分异构体比值法及正定矩阵分解法相结合进行源解析,表明研究区域水体中多环芳烃多为混合来源,其中阿姆河下游河段水体多环芳烃主要来源于生物质燃烧,而阿姆河三角洲区域主要来源于生物质燃烧、石油、天燃气燃烧及汽车尾气排放.生态风险评估结果显示,研究区水体单体多环芳烃中萘、苊、菲和蒽的生态风险较低,其余单体处于中等风险等级,其中苯并[b]荧蒽的污染程度较为严重;总体上阿姆河流域ΣPAHs风险等级相对较低,但仍有12和8个点位分别处于中等风险2和高风险等级,且主要集中在阿姆河三角洲地区,需采取相应措施加以控制.
  • 青藏高原陆相介形类的分布特征及其对生态环境的响应
    韩春梅, 李祥忠, 樊启顺, 魏海成, 程雅平
    2022, 34(03): 868-882.
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    统计分析了青藏高原不同区域水体环境表层沉积物陆相介形类的属种分布特征,探讨了介形类在不同水环境下(盐度、pH值及水深)对生态环境的响应.结果显示,青藏高原现生介形类共计21属67种,其中Candona candida、Ilyocypris bradyi、Eucypris inflata、Limnocythere dubiosa、Limnocythere inopinata、Paracypricerus angulata、Leucocytherella sinensis和Leucocythere mirabilis为青藏高原地区的常见种.湖泊、河流、洼地和湿地4类水体环境中,湖泊中介形类最为丰富,达19属62种;青藏高原东北部(祁连山和柴达木盆地)、北部(昆仑山)、西部和南部不同区域的介形类常见种存在较大差异,可能是区域海拔、pH值和盐度综合作用的结果.淡水和微咸水环境介形类属种数量较咸水及盐湖中丰富,分别有17属41种和13属42种,Limnocythere dubiosa (0.52～90.6 g/L)和Leucocythere mirabilis(0.51～174.63 g/L)在淡水、咸水及盐湖中均有出现,适应盐度范围较广;pH值在8.0～10.0范围内介形类属种多样性最丰富,表明大部分介形类具有嗜碱性的特征;青藏高原陆相介形类属种多样性随水深的增加而降低,浅湖(0～15 m)中介形类属种最为丰富,达到17属52种,其中Candona candida(0.2～80 m)和Leucocythere dorsotuberosa(0.3～110 m)从滨湖至深湖区均有分布,二者均具有较大的水深适应范围.
  • 亚热带河口区对虾养殖池塘浮游植物初级生产力变化
    洪妍, 杨平, 仝川, 赵光辉, 李玲, 唐晨, 张彦, 谭莹莹, 阮蔓菁
    2022, 34(03): 881-893.
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    浮游植物初级生产力是评估水产养殖系统结构与功能的基础环节,对渔业资源的开发与管理具有重要意义.于2018年5—10月,采用黑白瓶法对闽江河口区的3个南美白对虾养殖塘(PondⅠ、PondⅡ和PondⅢ)水体浮游植物初级生产力进行了原位监测,初步研究了初级生产力在池塘间的差异性及其时间变化特征.结果显示,养殖期间养殖塘水体浮游植物总初级生产力(GPP)、呼吸消耗量(R_p)和净初级生产力(NPP)变化范围分别为619.99～9498.67、1003.16～7063.33和-4179.50～6362.96 mg O_2/(m~2·d),均值分别为(4386.22±409.72)、(3607.53±150.27)和(778.68±260.16) mg O_2/(m~2·d),呈现出PondⅡ>PondⅢ>PondⅠ的特征.时间变化上,养殖塘水体浮游植物GPP和NPP呈现出随养殖阶段推移而增加的特征.多元逐步回归分析结果显示,N营养盐和叶绿素a浓度是影响养殖塘水体浮游植物初级生产力时空变化的主要因子.GPP/R_p系数在养殖初期小于1,而在养殖中后期大于1,表明养殖塘水体在养殖初期以异养生产为主,而中后期以自养生产为主.本文研究结果表明,今后在开展大尺度滨海水产养殖塘初级生产力精确评估及其相关模型参数构建时,需考虑池塘间水体初级生产力的时间变化特征.
  • 鄱阳湖苔草洲滩湿地土壤胞外酶活性和化学计量比的高程变化特征
    黄幸运, 温秀婷, 张研, 戎俊, 聂明, 郑博福, 沈瑞昌
    2022, 34(03): 894-905.
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    土壤胞外酶参与土壤的生物化学过程,其活性和化学计量比能够反映土壤微生物的功能动态.然而,目前湿地生态系统中催化不同生物地球化学关键过程的土壤胞外酶的活性和化学计量比随高程的变化特征还不清楚.以鄱阳湖苔草洲滩湿地6个不同高程样带的表层土壤(0～10 cm)为研究对象,通过测定与土壤碳、氮、磷循环相关的7种水解酶的活性,分析了洪泛平原洲滩湿地土壤碳、氮、磷循环相关酶活性和化学计量比随高程的变化特征和调控机制.结果表明:随着高程增加,鄱阳湖苔草洲滩湿地土壤与碳循环相关的α-葡萄糖苷酶(AG)活性逐渐减小,β-葡萄糖苷酶(BG)活性没有显著变化,纤维二糖水解酶(CBH)活性先减小后增加,木聚糖酶(XYL)活性逐渐增加;与氮循环相关的N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性逐渐减小;与磷循环相关的磷酸酶(PHOS)活性没有显著变化.高程增加后,土壤中BG:NAG逐渐增加,BG:PHOS逐渐减小,NAG:PHOS没有显著变化.结构方程模型表明,鄱阳湖洲滩湿地土壤碳、氮、磷循环相关酶活性最大的影响因素分别为高程、植物物种丰富度和土壤总磷.土壤碳氮酶化学计量比主要是受高程的综合影响,而土壤碳磷和氮磷酶化学计量比主要受土壤pH的直接作用.
  • 贵州草海喀斯特高原湖泊湿地甲烷氧化菌群落特征及功能探析
    艾佳, 吕杨, 钟雄, 李彦澄, 李江, 杨爱江
    2022, 34(03): 906-918.
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    草海是由喀斯特盆地积水发育而形成的一个完整的、典型的高原湖泊湿地生态系统,同时也是中国面积最大的岩溶构造湖.甲烷氧化菌作为一类能够将甲烷氧化为CO_2和水的独特微生物,其活动与生态系统中能量流动和元素循环的关键步骤密不可分.为了解贵州草海喀斯特高原湖泊湿地中甲烷氧化菌的群落结构特征及功能,利用宏基因组技术对浅水沼泽、莎草湿地、深水沉积物进行研究.结果表明,草海湿地中主要的好氧甲烷氧化菌为Methylobacter和Methylomonas,主要的厌氧甲烷氧化菌为Candidatus＿Methylomirabilis＿oxyfera,属于NC10门的反硝化型厌氧甲烷氧化菌.所研究的4种代谢功能基因种类多样性表现为碳代谢>氮代谢>硫代谢>甲烷代谢;基于KEGG数据库共注释到6大类功能和18条与碳、甲烷、氮、硫相关的完整代谢路径.PCoA分析表明浅水沼泽和莎草湿地中甲烷氧化菌的种类和功能相似,且与深水沉积物存在差异.物种与功能相关性网络分析结果显示Methylacidiphilum＿fumariolicum和Methylacidiphilum＿kamchatkense与草海湖泊湿地中的各个代谢功能均具有较强的相关性.显著影响草海湿地中大多数甲烷氧化菌的群落结构的环境因素是硝酸盐、电导率、总磷和有机质.
  • 河南省黄河流域水资源—经济—生态系统耦合协调评价及预测
    汪顺生, 杨金月, 王爱丽, 陈春来, 柳腾飞
    2022, 34(03): 919-934.
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    水资源、经济、生态是我国社会高质量发展的重要组成部分,为助力水资源、经济、生态高质量协调发展,以河南省黄河流域为例,收集了3个子系统27个指标的长系列资料,阐明了指标现状值与目标值的关系,探究了27个指标的时空分布特征,采用组合权重法确定27个指标权重,建立河南省黄河流域水资源—经济—生态系统耦合协调度评价模型,并应用ARIMA-GM组合模型预测河南省黄河流域2021—2025年的耦合协调度发展趋势.结果显示:(1)河南省黄河流域水资源—经济—生态系统综合评价指数在2000—2019年呈上升趋势,其中,经济子系统综合评价指数在3个子系统中上升速度最快.(2)河南省黄河流域水资源—经济—生态系统耦合协调度呈上升趋势,2019年达到0.8105,为良好协调状态.(3)利用ARIMA-GM组合模型分情景预测发现,情景4相对改善力度最大,其耦合协调度在2025年为0.9394,达到优质协调发展类.河南省黄河流域应在经济快速发展的基础上提高水资源利用效率,加强生态保护,拓展城市高质量发展空间.
  • 长江全流域大洪水下三峡水库对洞庭湖区防洪贡献分析
    徐卫红, 张双虎, 李娜, 蒋云钟
    2022, 34(03): 935-944.
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    基于长江中下游一、二维耦合水动力学模型,以1954和1998年洪水为典型,模拟了三峡水库调蓄前后洞庭湖区的洪水过程,定量分析了三峡水库对洞庭湖区防洪的贡献.结果表明:在长江发生1954和1998年全流域大洪水期间,三峡水库实施兼顾对城陵矶河段的防洪补偿调度,可有效缓解荆南三口河系及湖区的防洪压力,减少荆南三口1.58%和0.61%的分洪量,削减荆南三河24.6%和18.4%的洪峰流量.洞庭湖区最高水位降低0.50～0.93和0.51～0.82 m,削减值空间上呈现北强南弱、东高西低的分布格局.遇1954年长江中下游防御型大洪水,三峡水库调蓄后洞庭湖区超额洪量可减少43.2亿m~3,但仍存在大量的超额洪量需要妥善处理.
  • 1956—2020年荆江三口径流变化特征及水库补水效果
    张冬冬, 戴明龙, 李妍清, 王含
    2022, 34(03): 945-957.
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    荆江三口的分流对于洞庭湖区的水资源、河湖生态系统安全等均具有重要的影响.受到人类活动和气候变化双重影响,荆江三口分流发生显著变化,亟需明确其变化特征及适应性对策.基于实测数据分析了荆江三口径流变化特征,采用数值模拟评估了水库不同下泄方案对推迟荆江三口断流的影响.结果表明:荆江三口年径流量呈递减趋势,2003年以后分流比没有趋势性变化;相比1981—2002年,2003—2020年荆江三口径流汛期和退水期径流分别减少26%和40%,枯水期和涨水期分别增加了194%和17%.2003年以后,沙道观站长断流(历时>60 d)持续时间和短断流(历时≤60 d)发生频次均有所增加;弥陀寺站长断流时间有所减少,而短断流时间和频次显著增加;康家岗和管家铺站在长断流时间有所增加,短断流时间有所增加,频率有所减少.在枯水年情况下,水库增加下泄时间与推迟三口断流时间比不超过1.2,补水效率不超过0.28%,因此不推荐通过水库增加下泄流量方法推迟弥陀寺和管家铺站断流.
  • 抚仙湖历史水位反演与未来30年水位变化预测
    李加龙, 李慧赟, 罗潋葱, 龚发露, 张如枫, 刘凤龙, 吴松涛, 罗碧瑜
    2022, 34(03): 958-971.
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    在极端气候事件频发和人类活动加剧的背景下,抚仙湖水位波动显著,尤其是2009—2012年极端干旱事件的发生,使抚仙湖平均水位(1721.31 m)低于法定最低水位(1721.65 m),给生态环境安全带来严重威胁.因此,找到合适有效的湖泊水位模拟方法,对气候变化影响下的未来水位进行预测,并做好相应的应对准备,对湖泊生态系统的保护至关重要.本文运用DYRESM水动力模型对抚仙湖1959—2050年水位进行了模拟.因抚仙湖流域尚无长时间序列的历史水文观测数据,故利用模型和水量补偿法对抚仙湖入湖水量进行反推,构建了降水量—入湖水量的回归方程,并通过有效的实测入湖水量和水位数据,对回归方程的精度进行了检验.利用全球气候模式BCC-CSM2-MR中SSP245和SSP585两种情景提供的未来气候预估数据,运用DYRESM预测了抚仙湖2021—2050年水位变化趋势.结果表明:(1)构建的DYRESM水动力模型和降水—入湖水量回归方程精度较高,模型结果能很好地反映抚仙湖水位的年际和年内变化趋势,且能有效捕捉到抚仙湖的水位峰值.(2)在SSP245和SSP585两种情景下,抚仙湖2021—2050年多年平均水位分别为1722.98和1723.93 m,较1959—2017年平均水位1721.77 m分别升高1.21和2.16 m.两种情景下抚仙湖未来水位均有部分时段超过法定最高蓄水位(1723.35 m),但均高于法定最低水位.因此,未来气候变化对抚仙湖水量的影响有限,并不会导致水位过低,当水位超过法定最高蓄水位时,可通过控制出流闸门将水位调节在合理范围内.
  • 乌梁素海冰封期分层与混合特征及对氧代谢速率的影响
    杨惠杰, 黄文峰, 张程, 李志军, 林战举
    2022, 34(03): 972-984.
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    为探究寒旱区浅湖冰封期分层动态与其对湖泊新陈代谢速率的影响,于2016—2019年对乌梁素海气象与冰雪条件、冰下水体环境开展原位观测,分析水温和溶解氧变化特征、冰下混合层的出现与发展动态及其对代谢速率的影响.结果显示:观测期内乌梁素海整体水温较高(可接近10℃),冻结期水温结构主要由稳定的上部逆温层和下部弱逆温层构成,并可逐渐过渡为融化期的上部逆温层—下部混合层结构;溶解氧由上到下衰减,甚至在底部形成缺氧区域(<2 mg/L);受盐度影响,乌梁素海中下层水温升高至一定阈值(约6～8℃)后形成冰下混合层并随辐射增加快速发展;溶解氧动态由光合产氧与呼吸耗氧平衡决定,光合和呼吸速率的时间变化主要受冰雪条件、透射辐射、水温和混合过程影响;特别是,混合过程极大地促进了光合产氧和呼吸耗氧速率,调控了水温与溶解氧结构动态.
  • 巢湖快速变化风浪场及其环境效应
    张怡辉, 胡月敏, 彭兆亮, 胡维平, 朱金格
    2022, 34(03): 985-993.
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    浅水湖泊风浪过程对于湖泊生态系统具有重要的意义.基于巢湖风场、风浪和水环境参数同步高频观测结果,详细分析了快速变化风场下的风浪快速变化特征及其对湖泊水环境的影响特征.浅水湖泊风浪的有效波高和平均波周期均随风速的快速变化有较好的同步响应规律.在风速快速衰减阶段,相较有效波高,波周期有更好的稳定性.湖泊水体pH、水温、溶解氧会快速响应风浪的变化,随着风浪强度增强,对水体浊度、总磷浓度以及藻密度和生物量的扰动影响逐渐呈现.强烈的风浪扰动引起水体浊度变化的滞后时间可达3 d.快速变化的风浪场下,风浪的强烈扰动会改变水体固有的理化参数分布特征,扰动藻类常规的水体分布规律,风浪强度是造成差异的主要因子.
  • 有限水域近水面气流演化特征试验研究
    高昂, 吴修锋, 吴时强, 戴江玉, 王芳芳, 吴晨晖
    2022, 34(03): 994-1005.
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    气流作为湖泊、湿地等有限水域的主要驱动力之一,其演化特征是研究水—气间能量与物质传递的基础,决定了水域水环境与水生态格局,具有重要研究意义.采用室内风洞水槽,通过设置不同试验风速,研究近水面气流与风速和吹程的响应关系与演化特征,并将光滑壁面条件下的气流特征作为试验对照组,分析时间域内风速垂向分布形式、摩阻风速、特征粗糙度等变化规律,剖析频率域内风速的主频变化与波致气流边界层厚度等参数的分布特征.结果表明:近水面时均风速符合对数分布,摩阻风速与特征粗糙度均与风速呈正相关,且同等风速与吹程条件下两者均大于光滑壁面条件,波致气流边界层厚度与风速和吹程均呈正相关.分析了采用风速作为气流动力参数存在不妥的原因,认为采用摩阻风速或切应力作为气流动力参数更具合理性,基于前人研究数据的统计分析,给出了特征粗糙度与风速、吹程和水深的回归关系式.探讨了气流—风浪“同频率”的互馈模式,发现波致气流边界层厚度不只与波长有关,还受波高、波周期和水深等多因素影响,建立了考虑风浪非线性特征的波致气流边界层厚度关系式.
  • 滨江平原的形成模式是江—湖、洲—陆转化——以长江武汉段武昌北部为例
    李长安, 张玉芬, 李国庆, 郭汝军, 陈雨
    2022, 34(03): 1006-1017.
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    长江武汉城区段呈SSW—NNE向从城市中心流过.两岸滨江平原是武汉城市的黄金地段.分布于汉阳和武昌沿岸的滨江平原,平面形状似弓形分布于晚更新世岗地与长江之间.研究发现,其形成经历了江—洲—湖—陆的转变过程,是长江中的沙洲并岸的产物.本文以武昌北滨江平原为例,对其形成过程进行了解析.长江武汉蛇山—青山段在明代江面十分开阔,左岸相对平直,因受汉江三角洲影响岸线微向江突出;右岸弯曲呈抛物线形,边界大致在现沙湖南岸—沙湖港—青山港一线.河道中沙洲发育,河型为多分汊河道.至清代中期后,沙洲先后向右岸移动,多沙洲不断聚合,河道呈东西两支分汊,西汊道为主河道.右汊道被先后靠岸的沙洲分隔为余家湖、沙湖、白杨湖等串珠状湖泊,并不断萎缩.到1899年因自然和人为作用,右汊入口被堵,沙洲与右岸陆地相联,滨江平原形成.余家湖消失,白杨湖萎缩成现在的青山港,沙湖与长江脱离成为独立湖.其河道地貌演化与滨江平原的形成过程可归结为:多沙洲分汊河道—单沙洲分汊河道与沙洲夹湖—沙洲成陆与顺直单河道.该研究对长江中下游类同地貌环境江段滨江平原形成具有启示意义,
  • 近百年鄱阳湖湿地格局演变研究
    李冰, 万荣荣, 杨桂山, 谭志强, 王殿常, 吴兴华
    2022, 34(03): 1018-1029.
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    鄱阳湖是我国最大淡水湖和长江中游仅存的两个通江湖泊之一,重建其近百年自然通江的湖泊湿地演变过程,对于鄱阳湖湿地生态修复与保护具有重要意义.本研究基于两期历史时期地形图和遥感产品,构建了1930s、1970s、1990s、2000s和2010s鄱阳湖湿地格局变化数据集,探究了土地利用方式改变和水文连通变化对鄱阳湖湿地变化的影响.结果表明:鄱阳湖湿地面积由1930s的5024.3 km~2下降至2010s的3232.7 km~2,近百年损失率高达35.7%,其中1930s—1970s时期面积变化最为显著,损失率达33.2%,且主要集中分布于赣江与饶河的入湖尾闾地区和南部康山圩.湖泊湿地向耕地的转移是鄱阳湖湿地丧失的主要形式,1930s以来,共有累计1149.6 km~2的湖泊湿地受垦殖的作用转变为耕地,闸坝与圩垸导致的水文连通性降低加剧了鄱阳湖自然通江的湖泊湿地格局的变化.相较1930s,累计有683.4 km~2的湖泊湿地与主湖相阻隔,水文节律完全独立于通江水域.基于地统计学的水文连通函数曲线也表明,近百年来鄱阳湖的横向和纵向水文连通性均呈现一定程度的下降,且在1990s以后保持相对稳定的状态.本研究能够为鄱阳湖乃至长江中游湖泊湿地生态修复与生态系统服务提升提供参考状态与客观资料.
  • 近400年来湖北大九湖泥炭地摇蚊对湿度变化的响应
    侯桂林, 曹艳敏, 田文龙, 潘登, 申声曼, 陈旭
    2022, 34(03): 1030-1043.
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    神农架大九湖泥炭地是华中地区少有的亚高山泥炭藓湿地,是研究长江中游气候变化及其生态效应的理想区域.本文通过大九湖一根泥炭岩芯的年代学、元素及摇蚊亚化石记录,结合区域古气候资料,探讨大九湖泥炭地地表干湿变化历史及生物响应过程.结果表明,近400年来大九湖泥炭地古水文和摇蚊种群变化经历了3个主要阶段:1820s之前研究区内气候偏冷湿,尤其是1720s—1820s年间,冷湿的环境有利于泥炭中碳的大量积累,较高的地表有效湿度使得摇蚊大量生长,同时湖泊相摇蚊属种丰富度及含量均较高;1820s—1940s年间,区域内夏季降水量显著降低,同时伴随明显的区域增温过程,泥炭地地表有效湿度过低不利于水生生物生长,摇蚊种群生物量极低;1940s(尤其1970s)后,摇蚊种群丰度逐渐回升,但湖泊相摇蚊丰度较1820s以前明显降低,半陆生摇蚊属种丰度有所增加,说明尽管该时期泥炭地表湿度有所增加,但较1820s前仍较低,暖湿气候下泥炭分解也较为明显.本研究探索性地分析了气候变化背景下泥炭地摇蚊种群对泥炭地湿度变化的响应过程,这不仅为摇蚊亚化石在气候变化研究中的应用开拓了新的领域,同时也为全面、精准地理解泥炭地演化及区域环境变化过程提供了新线索.
  • 柴达木盆地西部更新统砂砾型深层卤水钾矿成矿模式与找矿方向探讨
    李洪普, 侯献华, 郑绵平, 樊馥, 刘溪溪, 王淑丽
    2022, 34(03): 1043-1054.
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    通过对柴达木盆地西部大浪滩—黑北凹地、察汗斯拉图凹地、昆特依凹地和马海凹地发现的新类型砂砾型深层卤水钾盐矿床进行卤水化学成份和微量元素系统测试和分析、相关同位素测试,经综合分析和研究后认为,砂砾型深层卤水钾盐矿床为溶滤—沉积成因类型,其形成受第四纪砂砾层和古近纪以来古岩盐层的控制.其成矿模式为:盆地西部从始新世至上新世干旱条件下不断形成的“盐谷”是物源,早更新世砂砾沉积层是成矿空间,周围高山融水径流至山前地带,长年溶滤古近纪以来沉积的岩盐层中的盐类物质,渗流至砂砾层,在相对封闭的条件下形成高矿化度卤水,富集成为砂砾型深层卤水钾盐矿.在今后柴达木盆地开展砂砾型深层卤水钾盐勘查工作时,应优先选择盆地周缘深大断裂、山前古近纪以来盐类地层和早更新世山前冲洪积扇体同时发育的地区安排布署工作.