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  • 2023年, 35卷, 第05期
    刊出日期:2024-06-19
      

  • 全选
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  • 崔逸凡, 刘元波
    2023, 35(05): 1501-1517.
    湖泊蒸发是连接湖泊水分循环与能量平衡的关键纽带之一,认识湖泊蒸发过程对于理解湖-气间相互作用机制十分重要。然而,由于湖泊的形态结构、地理位置和气候背景不同,各湖泊在不同时间尺度上的蒸发特征不同。湖泊蒸发存在复杂的物理驱动过程、时间尺度相关的反馈以及空间异质性。准确地捕捉并量化湖泊蒸发过程,仍是湖沼学、水文学和气象学等学科的重要研究内容。本文首先介绍了湖泊蒸发的主要观测手段,然后概述了湖泊蒸发在日内、季节、年际、年代际四种不同时间尺度的变化特征;梳理了不同时间尺度各要素对湖泊蒸发的影响,以及湖泊蒸发与湖泊面积和深度等形态结构特性及纬度和海拔等地理因素之间的关系;对自涡度相关技术等高精度仪器应用以来的湖泊蒸发研究进展做出了总结。
  • 吕翔宇, 朱梦圆, 马永山, 邹伟, 徐天予, 张志斌, 朱广伟
    2023, 35(05): 1516-1528.
    藻类异常增殖引发的水华是威胁我国水源地水库的主要生态问题之一。探究水源水库中藻类异常增殖的促发因素是防控藻类水华水质问题的前提。本文以太湖流域两个大(Ⅱ)型中营养水库为例,通过周年浮游植物细胞密度、生物量及相关环境因子逐月监测,分析影响水库有害藻类生物量季节性异常增殖特征及其促发条件。结果表明,地处亚热带季风区的两个水源水库均存在蓝藻和硅藻阶段性异常增殖的风险,老石坎水库5月暴发了以曲壳藻为绝对优势种的重度硅藻水华现象,硅藻细胞密度达到6232×10~4 cells/L,赋石水库则在6和9月均出现了蓝藻细胞数达到水华级别的异常增殖现象。冗余分析表明,总磷、水温和水位是影响水库硅藻、蓝藻异常增殖的关键因素。非线性回归等统计分析表明,两个水库中水体总磷浓度显著影响藻类异常增殖强度的临界值为0.024 mg/L,而水温高于16℃时,硅藻水华事件可能发生,硅藻水华发生的最佳温度为22℃水温高于20℃时,蓝藻水华事件可能发生,蓝藻水华发生的最佳温度为30℃持续低水位或水位快速波动过程中藻类水华暴发的风险较高。研究表明,太湖流域中营养水源水库藻类异常增殖或藻类水华的发生往往是营养盐与水文气象因素共同促发的结果,在水源水库藻类水华风险防控方面,除了加强营养盐外源输入控制力度外,还应密切关注极端天气现象,充分发挥水文调度、食物链调控及应急处置等技术手段。
  • 唐海滨, 郑志伟, 胡莲, 潘晓洁, 史方, 邹曦, 万成炎
    2023, 35(05): 1529-1539.
    2008年至2020年期间,对三峡水库小江5个监测断面的叶绿素a(Chl.a)及主要环境因子进行季度监测,分析小江Chl.a的时空变化特征,探讨水体Chl.a与环境因子的相关关系,解析影响小江Chl.a变化的主要环境因子。结果表明,小江Chl.a年平均浓度为(20.69±9.41)μg/L,变幅为5.96~33.90μg/L。Chl.a浓度季节差异较大,总体呈现出春、夏、秋3个季节明显高于冬季的变化特征,且春季Chl.a浓度最高,为34.48μg/L;空间分布上,Chl.a浓度呈现倒“N”型分布规律,黄石断面最高(29.55μg/L),养鹿断面最低(15.23μg/L)。Pearson相关性分析结果显示,小江Chl.a浓度与COD_(Mn)、电导率、pH、溶解氧呈显著正相关关系,与NO_3~--N、PO_4~(3-)-P、透明度呈显著负相关关系。通过逐步回归分析,筛选得到对小江Chl.a影响最重要的5个环境因子。通径分析表明,各环境因子对水体Chl.a浓度的作用大小在时空上存在一定差异。不同季节中对水体Chl.a影响最显著的环境因子分别为:浊度(春季)、溶解氧(夏季)、NH_3-N(秋季)、水温(冬季);不同断面中对Chl.a影响最显著的环境因子由上游到下游依次为:电导率(渠口)、COD_(Mn)(养鹿)、PO_4~(3-)-P(高阳)、电导率(黄石)、溶解氧(双江)。溶解氧、COD_(Mn)是影响小江全段Chl.a最主要的环境因子,其中,溶解氧对Chl.a浓度的直接作用最大,其直接通径系数为0.451,COD_(Mn)对Chl.a浓度的间接作用最大,其间接通径系数为0.204。拟合分析结果显示,Chl.a与溶解氧、Chl.a与COD_(Mn)均表现为指数函数的拟合效果最好,其次为幂函数,最后为线性函数。本研究对小江及三峡库区其他支流富营养化防控具有借鉴意义。
  • 方灵超, 任玉峰, 毕永红, 许萍萍, 张春梅, 宋高飞, 米武娟
    2023, 35(05): 1538-1548.
    三峡水库每年经历“水位下降(4—5月)-低水位(6—8月)-蓄水(9—10月)-高水位(11月—次年3月)”的季节波动,年水位落差达30 m。为探究香溪河库湾浮游植物功能群对三峡水库水位变化的响应,于2017年对浮游植物群落和主要环境因子开展逐月调查。共检出浮游植物7门65属79种,隶属于21个功能群,其中优势功能群10个,分别为C、D、F、G、J、Lo、M、P、X2、Y。适应营养丰富环境的C、P功能群在全年维持优势,指示香溪河库湾为中-富营养水体。消落期偏好水体扰动较弱、中-富营养水体的功能群(F、G、X2、Y)成为优势类群;汛期偏好稳定富营养、耐受高光强且对冲刷敏感的功能群(G J、M)成为优势类群;蓄水期和高水位运行期偏好混合的中-富营养水体,耐受低光强且对水体分层敏感的功能群(C、P、D)是优势类群;浮游植物功能类群组成结构随水位变化明显改变。综合营养状态指数表明香溪河库湾在消落期和高水位运行期处于中营养状态,另外两个时期处于富营养状态(39.84≤TSI_M≤60.9);Q指数表明香溪河库湾整体水质为“好”(3.02≤Q指数≤4.17);且两者均随着水位下降而降低,表明了水质变差的趋势。RDA分析表明水位不仅直接影响浮游植物功能群,且通过影响总氮、透明度、高锰酸盐指数、电导率、pH值等因子对浮游植物优势功能群及其生物量产生显著影响。本研究证实水位变化对香溪河库湾浮游植物功能群具有显著影响,显示通过水库调度实现对浮游植物调节的可能性。
  • 华映肖, 潘继征, 杜劲松, 李杨, 杨齐, 徐双, 黄育红
    2023, 35(05): 1549-1561.
    大泊口位于滇池草海南部,水域面积0.52 km~2,平均水深约2 m,作为滇池草海重富营养化水域生态修复示范区,大泊口分别于2015和2019年开展了两期生态修复工程,经过近年来的系统治理,大泊口水生态治理效果初步显现。为分析探究成功修复湖区水质改善、生态系统企稳向好的原因,本研究选择2015年2月—2021年12月共7年的连续监测数据,根据工程开展情况以及水生态状况将大泊口水域划分为4个部分(A1~A4水域),首先分析4个区域内主要的水质指标(悬浮物(SS)、化学需氧量(COD_(Cr))、总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素a(Chl.a))的变化趋势和相关性,其次探究不同类型生态工程的修复效果,最后与草海和外海水域进行对比,分析大泊口的治理效果。结果表明,治理后大泊口A1~A4水域的COD_(Cr)、TP和Chl.a稳定下降,COD_(Cr)分别降低18.65、27.96、25.26、40.92 mg/L,TP分别降低0.11、0.10、0.11、0.14mg/L,Chl.a分别降低0.037、0.068、0.067、0.106 mg/L,SS具有较强的季节性波动,TN仅有东南部A4水域表现出持续下降的趋势,平均下降0.68 mg/L。通过相关性分析得出,COD_(Cr)、TP与Chl.a的相关性最强,COD_(Cr)和TP可能是影响大泊口藻类生长的关键环境因子;大泊口开展的引水换水工程和微滤净化(除藻)工程,降低了营养盐浓度、加速了水体交换,进而降低了藻类生物量以及发生藻源性污染的风险,再通过沉水植物修复工程进一步净化水质,为形成稳定的草型湖泊提供条件,并且认为沉水植物修复工程是上述工程中最为直接、经济和长效的手段措施;最后将大泊口典型水域的水质和草海、外海水质进行比较,可以认为在相同的地理及气候条件下,大泊口东南水域的生态修复取得了一定的成功。大泊口部分湖区可作为重度富营养化藻型湖区成功修复的案例,其生态修复经验对于持续推进大泊口、草海甚至整个滇池的生态环境修复具有重要的借鉴和参考价值。
  • 郭晶晶, 蔡国俊, 陈瑶琪, 吴舟航, 侯晓丽, 葛依立, 符辉
    2023, 35(05): 1562-1577.
    沉水植物恢复是富营养化湖泊生态恢复的关键,基质类型和物种丰度对沉水植物生长和群落稳定具有重要作用,本研究旨在探索不同基质类型和物种丰度对沉水植物生长及根系发育的影响,为富营养化湖泊沉水植物恢复技术研究提供基质筛选和物种配置的技术参数。研究选取苦草(Vallisneria natans(Lour.) Hara)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus A.Bennett)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)、伊乐藻(Elodea nuttallii(Planch.)H.St.John)4种沉水植物,根据物种丰度(1、2、3、4个物种)配置了11个物种组合,且选配了4种基质类型:无疏松层(a1、a2)和有疏松层(b1、b2),总计处理数为44(n=11×4)。测定了地上生物量、地下生物量、总生物量、株高、最大根长、总根长、总根表面积、总根体积、根平均直径、总根尖数、根分枝数、根交叉数、根冠比、根比表面积等14个生长及根系功能性状指标。结果表明:(1)随着沉水植物丰度的增加,地下生物量、总生物量、株高、最大根长、总根长、总根表面积、总根体积、总根尖数、根分枝数、根交叉数10个性状显著降低。(2)不同基质类型,总根表面积、总根尖数性状存在显著差异,有疏松层基质处理组功能性状显著高于无疏松层基质处理组。(3)穗状狐尾藻竞争能力在苦草+穗状狐尾藻、苦草+穗状狐尾藻+伊乐藻和苦草+微齿眼子菜+穗状狐尾藻+伊乐藻3个混种组合中混种时强于单种,苦草竞争能力在苦草+微齿眼子菜、苦草+穗状狐尾藻、苦草+伊乐藻、苦草+微齿眼子菜+穗状狐尾藻、苦草+微齿眼子菜+伊乐藻、苦草+穗状狐尾藻+伊乐藻和苦草+微齿眼子菜+穗状狐尾藻+伊乐藻7个混种组合中单种强于混种,微齿眼子菜在苦草+微齿眼子菜+穗状狐尾藻、苦草+微齿眼子菜+伊乐藻和苦草+微齿眼子菜+穗状狐尾藻+伊乐藻3个混种组合中单种时强于混种,伊乐藻无显著差异。本研究指出在富营养化湖泊沉水植物恢复技术研发中,修复工程早期沉水植物物种丰度配置1~2种较为适宜、基质中添加疏松层、先锋物种选择苦草和穗状狐尾藻更有利于沉水植物模块化生长及根系发育。
  • 程婷, 杨毅玲, 李琪, 甘南琴
    2023, 35(05): 1573-1583.
    噬藻体在蓝藻水华发生后期快速增殖被认为是蓝藻水华消亡的重要途径,但有关噬藻体的应用却鲜有报道。本研究以噬藻体A-4(L)侵染鱼腥藻PCC 7120为例,开展光照、温度和感染复数影响噬藻体裂解藻细胞的探究,推定噬藻体在裂解蓝藻应用中的最佳投放时间及投放剂量。结果显示,光照是影响噬藻体裂解藻细胞最关键的因子,A-4(L)在全光照条件下且感染复数为0.01时,8 h即可快速裂解鱼腥藻PCC 7120,但在全黑暗条件下无裂解;光照时长越长,A-4(L)对藻细胞的裂解越快。进一步研究发现,A-4(L)在藻细胞表面的吸附不依赖光照,但在黑暗条件下A-4(L)在藻细胞内的复制受到抑制,推测A-4(L)的复制可能与宿主的光合作用有关。在15~25℃范围内,提高温度会加快A-4(L)裂解藻细胞的速度,且胞外A-4(L)效价随着温度升高而增加。在10-6~1范围内,感染复数每提高两个数量级,A-4(L)裂解藻细胞则提前4h。综合上述结果,在7:00向湖水样品中投加感染复数为0.01的噬藻体可使PCC 7120藻细胞生物量在24 h内大幅度降低76%。本研究为蓝藻水华发生时投加噬藻体控制蓝藻种群密度提供一定基础。
  • 杜雨欣, 郑保海, 李佳欣, 李玉鑫, 黄立成, 施军琼, 吴忠兴
    2023, 35(05): 1584-1593.
    由于具有高效的CO_2-浓缩机制,蓝藻在低CO_2浓度条件下具有竞争优势。然而,随着大气中CO_2浓度急剧增加,蓝藻CO_2-浓缩机制如何响应的研究较少。因此,本文以常见水华蓝藻——微囊藻为研究对象,通过对滇池微囊藻水华动态及不同CO_2-浓缩机制基因型进行监测,探讨蓝藻CO_2-浓缩机制基因的微进化特征及其动态变化。同时,设置高(0.08%)、中(0.04%)、低(0.02%)CO_2浓度(V/V)进一步揭示微囊藻不同CO_2-浓缩机制基因微进化对CO_2的竞争效应。结果表明:滇池无机碳浓度在4个采样点存在空间差异性,均呈现先降低后升高的趋势,并以HCO_3~-为主要无机碳存在形式。调查期间,东大河、观音山、洛龙河和生态所4个采样点的微囊藻均以sbtA基因型占绝对优势,相对丰度远高于bicA基因型。在不同水华时期,bicA基因型和sbtA基因型呈现相反的变化趋势,即从水华前期到水华中期,sbtA基因型的相对丰度逐渐升高,而到水华后期,出现bicA基因型增多的现象。室内竞争实验同样表明高浓度CO_2培养环境下,bicA基因型具有明显竞争优势,随CO_2浓度的降低,呈现bicA基因型向sbtA基因型转变的趋势。这些结果表明水华中期无机碳浓度相对较低,能适应碳限制环境的sbtA基因型的微囊藻表现出竞争优势,而对CO_2浓度变化敏感的bicA基因型的微囊藻随无机碳浓度的升高逐渐增多;同时,在总碱度,pH和Chl.a影响下,微囊藻基因型在滇池不同微囊藻水华期呈现bicA→sbtA→bicA转变。这些结果说明微囊藻能通过调节不同CO_2-浓缩机制基因藻株响应水体无机碳浓度,保持种群竞争优势,并维持水华的形成。
  • 毛新伟, 代倩子, 吴浩云, 徐枫, 李涛
    2023, 35(05): 1594-1605.
    磷是太湖富营养化的关键性指标,为了解太湖总磷内、外源变化趋势及特征,从总磷污染负荷动态平衡角度分析太湖总磷主要来源与总磷浓度高位波动的原因,本研究基于2007年以来长时序水量水质监测资料和调查数据,开展了太湖进出各途径的总磷负荷质量平衡估算及分析。结果表明,2007—2020年入湖河道输入总磷负荷为1835~2799 t,占太湖总磷负荷的55%~73%,是外源输入最主要的途径;大气干湿沉降输入353~1380 t,占太湖总磷负荷量的12%~38%,是太湖总磷外源输入的第二大途径;太湖水体中总磷负荷量约占8%~15%。出湖河道输出总磷负荷量为516~906 t,占太湖总磷负荷量的13%~30%;水生动植物捕捞总磷负荷量为115~312 t,占太湖总磷负荷量的4%~12%,水厂输出占2%~3%左右;约41%~74%的总磷负荷量滞留于太湖湖体中,成为影响太湖总磷浓度的重要内源。同时,太湖地区气温升高、太湖水体流动速度加快一定程度上又加速了内源污染释放,使其成为总磷改善的限制性因素。
  • 陈小锋, 王润竹, 陈静, 朱诗雅
    2023, 35(05): 1604-1615.
    铁氨氧化(Feammox)是近年来发现的一种新型的厌氧氨氧化耦合三价铁[Fe(Ⅲ)]还原的脱氮途径,该途径对于水生态系统中的氮素自净可能有着重要的作用。但是相对于废水处理和农田土壤,目前自然水体中Feammox相关的研究相对甚少。为此,本研究采集太湖不同区域沉积物进行厌氧培养,并借助同位素技术和分子生物学等手段,对沉积物中铁、氮循环相关细菌、Feammox影响因素以及潜在速率等进行了探究。厌氧培养过程中,亚铁[Fe(Ⅱ)]和各形态氮的浓度以及沉积物形态和颜色的变化,表明沉积物中发生了Feammox反应,并且硝酸盐(NO_3~-)是铵(NH_4~+)氧化的重要产物之一。不同氨氮(NH_4~+-N)添加量的厌氧培养实验表明,NH_4~+可以促进Fe(Ⅲ)的还原,但过量的NH_4~+可能会产生抑制效应。不同Fe(Ⅲ)添加量的各处理中,NH_4~+-N浓度的变化无显著差异(P>0.05,ANOVA),但是高Fe(Ⅲ)添加量的处理中,硝酸盐氮(NO_3~--N)浓度显著高于其它处理(P<0.01,ANOVA),表明Fe(Ⅲ)的添加可以促进NH_4~+氧化为NO_3~-的过程。厌氧培养过程中,NO_3~--N浓度急剧上升后又快速下降,伴随着反硝化功能相关的菌属相对丰度的大大增加,说明体系中可能发生了Feammox和反硝化的耦合。同位素富集培养结果表明,太湖不同区域沉积物均有较高的Feammox潜在速率(0.17~0.51 mg N/(kg·d)),表明Feammox在太湖氮素自净过程中可能发挥了重要的作用。
  • 王璨, 李一平, 李聂贵, 郭晋川, 朱雅, 吴卫熊, 魏尧, 陈宇
    2023, 35(05): 1613-1622.
    稳定分层的深水水库常在冬季发生“翻库”现象,继而导致水库的整体水质下降,影响饮用水安全问题。为探究南方水库热分层消亡时期水体混合特征,在冬季2019年11月—2020年2月对南宁市天雹水库水体理化指标开展长序列原位监测,并结合水体垂直扩散系数,分时期(热分层期、减弱期、完全混合期、形成期)刻画水库热分层消亡全过程中水温T、溶解氧DO的剖面变化特征,探讨了气象因子(气温、太阳辐射、风速等)与水动力因子(水体垂直扩散系数K_z)对水体理化指标的影响。结果显示:桉树人工林区水库热分层消亡期温度分层与溶解氧分层变化不同步,溶解氧分层的破坏较水温分层的破坏出现滞后,其结构失稳是气温及太阳辐射共同作用的结果;期间水体垂直扩散系数变化范围0.16~380.36 m~2/d,均值为30.46 m~2/d,表层K_z变化的主要控制因子为气温变化,且较T及DO而言,表层K_z对气温的变化更加敏感(R_(K_z)=-0.44,R_T=0.25,R_(DO)=0.25,P<0.01),底层K_z的变化与水体混合程度变化一致,能够更准确地表征水体垂向混合情况;水体垂向T、DO、lg K_z分布具有时间异质性,热分层期及半混合时期lgK_z与T及DO均呈现显著的正相关(R_T=0.60、P_(DO)=0.76,P<0.01),而在水体完全混合后,K_z与T呈现负相关(R_T=-0.19,P<0.01),与DO不存在相关关系(R_(DO)=0.04,P>0.05)。热分层消亡为水质恶化提供了环境条件,因此在水库监控管理中,应当着重关注冬季气象因子的变化,并加以防范。
  • 陈宇, 李一平, 朱雅, 郭晋川, 吴卫熊, 魏尧, 王璨, 商鹤琴, 王煜
    2023, 35(05): 1623-1634.
    湖库热分层消亡引起的突发性水质恶化现象引起了广泛的关注,我国南方水库大多是暖单次混合型湖泊,每年混合一次,导致水库水质周期性下降,但目前对南方水库热分层消亡过程的高频监测研究较少。为探究我国南方水库热分层消亡期水体混合过程的时空变化规律及驱动因素,以广西南宁天雹水库为例,于冬季热分层消亡期(2019年11月—2020年2月)对水库多点位水体理化指标开展原位监测,并利用自建气象站获取气象水文数据。结果表明:(1)水库热分层消亡期间,过渡区水深较浅可在短期内达到完全混合状态且缺氧区同步消失;而湖泊区混合过程整体滞后于过渡区,混合层深度由6.85 m增加至13.65 m,缺氧区逐渐减小,缺氧指数(AI)由0.40减小至0.07,直至水体完全混合后缺氧区消失;水库过渡区较湖泊区提前约40 d达到完全混合状态。(2)气象因子是引起热分层结构变化的主要因素,气温(T)、辐射(R)与混合层深度(MLD)呈现显著负相关(R_T=0.927、R_R=0.925,P<0.01),风速(WS)与MLD呈现显著正相关(R_(WS)=0.728,P<0.01);气温变化是热分层结构破坏的关键因子。(3)热分层消亡期水体理化指标受到混合程度的影响较为显著,水温与混合层深度呈现显著负相关(R=0.868,P<0.01),DO、pH、ORP与MLD呈现显著正相关(R_(DO)=0.747,R_(pH)=0.761,R_(ORP)=0.747,P <0.01)。热分层消亡为突发性水质恶化提供了环境条件,应密切关注水库分层破坏过程中水体理化指标变化对整个库区水质的影响。
  • 杨永锐, 史建超, 易齐涛, 张劲, 王廉祥
    2023, 35(05): 1635-1646.
    为探究引黄水源水库——门楼水库平水期和丰水期有色可溶性有机物(CDOM)的组成特征、来源及差异,运用紫外—可见光谱技术(UV-vis)和三维荧光光谱(EEMs)技术,结合平行因子分析法(PARAFAC)分析2022年5月(平水期)和2022年7月(丰水期)有色可溶性有机物含量及组分变化。研究结果表明:PARAFAC识别出2类荧光组分,分别是C1(Ex=355 nm,Em=476 nm,类腐殖质组分)和组分C2(Ex=225 nm,Em=320 nm,类蛋白组分);丰水期CDOM组分荧光强度显著高于平水期。CDOM光谱参数表明,门楼水库水体处于中营养状态,水体CDOM受新生内源和外源输入共同影响,以自生源为主;水库CDOM具有相对分子量小、腐殖化程度较弱的特点。丰水期水库富营养化水平和CDOM相对浓度低于平水期;丰水期CDOM疏水性组分比例和芳香化程度高于平水期。水质理化指标、CDOM组分和光谱参数相关性分析结果表明SUVA_(260)和SUVA_(280)与DOC呈显著负相关,说明紫外—可见光谱参数在一定程度上可以用来估算DOC的浓度;Chl.a浓度作为表征浮游植物生物量的指标,与DOC、a_(254)呈显著正相关。研究揭示了门楼水库水体CDOM的荧光特征、组分来源响应机制和水期差异,为进一步探究CDOM在引黄水源水库的环境行为特性、对水体富营养化的贡献以及对其它污染物环境行为的影响等提供基础资料。
  • 张志斌, 王书义, 张彦浩, 耿淑英, 陈付爱, 孙小鉴
    2023, 35(05): 1647-1658.
    研究南四湖消落带底泥有机磷赋存形态及分布特征,有利于全面揭示湖区各形态磷迁移转化规律,对南四湖富营养化防控及南水北调东线调水水质保障具有重要的科学意义。以南四湖消落带底泥为研究对象,采用改进Hedley连续分级提取法测定底泥中各形态有机磷含量,通过紫外可见分光光谱与三维荧光光谱技术表征底泥有机分子结构特征及稳定性,反映消落带有机磷结构及稳定性差异,运用Pearson相关性分析及主成分分析解析底泥各形态磷与其他理化指标的相关性。研究结果表明,南四湖消落带底泥总磷含量均值为679.90 mg/kg,其中有机磷(OP)占比20.03%~45.69%。各赋存形态有机磷含量及相对比例大小依次为:残渣态有机磷(67.58%)>钙结合态有机磷(16.61%)>铁/铝结合态有机磷(7.62%)>碳酸氢钠提取态有机磷(5.97%)>水提取态有机磷(2.22%)。南四湖消落带底泥OP含量及形态主要受内源影响,主要来自内源性微生物代谢。南四湖消落带西岸底泥磷释放风险高于东岸和南岸消落带。相关性分析发现,消落带底泥pH与磷含量显著负相关,表明随着底泥碱性的增强可能导致底泥磷向水体中释放的风险更高;底泥有机质与OP显著正相关,表明有机质可能是OP的重要载体;主成分分析发现底泥各形态磷呈正相关性,表明消落带底泥各形态磷具有同源性。研究结果可为南四湖湖区内源磷释放控制及富营养化风险防控提供科学依据。
  • 陈思祥, 杨正健, 王从锋, 魏辰宇, 刘德富
    2023, 35(05): 1659-1669.
    气泡释放是天然水体释放CH_4的主要途径之一,准确量化水体气泡释放量对于辨析其“汇、源”特性至关重要。自然水体释放气泡的不连续性、不确定性使得监测其过程较为困难。本研究针对水体气泡释放监测难题,通过改进倒置漏斗型气泡通量监测装置提出了一种气泡释放过程连续监测方法。本方法测量对象为定长时间监测水域释放气泡的体积,经室内外实验验证,其理论量程为3.6~132 mL/(m~2·min),测量结果能够较好的表征10~40 m水深缓流水体气泡体积通量变化特征。运用该方法于2021年6—11月对三峡水库支流香溪河库湾开展CH4气泡通量连续监测,并分析不同环境因子对其产生的影响。结果表明:监测期间,研究水域CH_4气泡通量变化范围为0.02~8.13 mg/(m~2·d),且各采样点间CH_4气泡通量呈现较高的时空变异性;CH_4气泡通量与水温、水体pH呈显著正相关关系,与水深及水体电导率呈显著负相关关系。其中,水深可能是决定水体是否通过气泡形式释放CH_4的重要影响因素,水深超过38.35 m后水体可能不再通过气泡形式释放CH_4。然而,这一水深阈值是否同样适用于三峡水库其它支流还需要更多实验验证。本研究对于揭示三峡水库典型支流气泡态CH_4排放过程具有重要意义。
  • 孟江槐, 康满春, 纪道斌, 刘佳, 肖尚斌, 胡杰茗, 韩燕星
    2023, 35(05): 1670-1682.
    以三峡水库香溪河库湾为研究对象,采用原位加密采样(2021年5月)和室内培养方法,结合沉积物特性与水环境因子分析,探讨了香溪河库湾沉积物甲烷(CH_4)释放潜力、沉积物-水界面CH_4产生和氧化通量空间分布规律及其影响因素。结果表明:三峡水库泄水期间,香溪河库湾沉积物CH_4释放潜力的变化范围是6.35-2029.37 mg/(kg·d),沉积物-水界面CH_4产生通量和氧化通量的变化范围分别为0.04~0.73、0.03~0.62 mmol/(m~2·d);空间上,沉积物CH_4释放潜力、沉积物-水界面CH_4产生及氧化通量在香溪河库湾和各典型横切面(XX02、XX05和XX06)间表现出空间差异性,主要受水深、TOC和温度的影响。垂向上,CH_4产生速率随沉积物深度的增加而减小,表层20 cm沉积物CH_4释放潜力占整柱沉积物的70%,可以用于估算库湾沉积物CH_4释放潜力。此外,沉积物-水界面CH_4产生通量与沉积物总有机碳呈极显著线性正相关关系,与水深呈显著的负相关关系。CH_4产生、氧化通量均与温度呈极显著正相关关系,温度升高导致CH_4氧化率线性下降,从而增加沉积物CH_4排放。泄水期香溪河库湾沉积物CH_4氧化率高达96.62%,表明进入水体的CH_4只是沉积物产生CH_4的很小一部分。
  • 徐灵芝, 潘继征, 李勇, 华跃洲, 李清濯, 阳振, 何尚卫, 杜成栋
    2023, 35(05): 1682-1694.
    人类活动的加剧和经济社会的发展导致滇池开发强度持续增加,滇池生态系统结构与功能受到严重影响,评估滇池的生态脆弱性程度与主要驱动因子是明晰滇池生态系统现状和问题、实现其精准治理和可持续发展的首要任务。基于“暴露程度—敏感程度—适应程度”模型(VSD模型),选取3个准则7个要素24个指标构建滇池生态系统脆弱性评估指标体系,利用逼近理想解排序法(TOPSIS)进行权重方案比选,并通过鲁棒性检验分析,确定计算权重的最优方案。通过分析1980—1989、1990—2009、2010—2020年这3个时间段滇池的生态脆弱性,识别出影响滇池生态系统的主要驱动因子,以期为滇池未来生态保护与修复方向的确定提供参考。结果显示,1980—2020年滇池生态脆弱性呈现先增加后降低的趋势,生态脆弱度最高的是1990—2009年(0.502),属于中度脆弱。影响滇池生态系统的主要因素为敏感程度指标,其次为暴露程度指标。在暴露程度方面,影响生态系统的主要驱动因子逐渐从单一的工业污染向工农业的复合污染转变,1980—1989年工业废水排放量为主要驱动因子,1990—2009年建设用地面积是主要胁迫因素,2010—2020年化肥施用量(折纯)为影响滇池生态系统的主要因素;在敏感程度方面,影响生态系统的主要驱动因子逐渐从水质指标向水生态指标转变,1980—1989年水体恢复能力是主要因素,1990—2009年与2010—2020年土著鱼类种数为主要驱动因子。基于上述分析,为提升滇池生态系统健康水平,应采取改善湖区生境条件、修复水生生物种群、建设农业面源污染控制体系等对策。
  • 张全军, 于秀波, 张广帅
    2023, 35(05): 1694-1704.
    植物枯落物分解是维持湿地生态系统能量流动、物质循环和养分平衡的关键生态过程。于2017年11月—2018年4月在鄱阳湖湿地开展野外原位分解实验。利用分解袋法对3种优势植物芦苇(Phragmites australis)、南荻(Triarrhena lutarioriparia)和薹草(Carex cinerascens)枯落物纤维素和木质素分解过程和δ~(13)C、δ~(15)N分异特征开展了模拟实验研究。结果表明:芦苇、南荻和薹草枯落物的纤维素和木质素的分解速率、干物质残留率以及δ~(13)C、δ~(15)N差异性极显著,造成这种差异的主要原因是不同种类植物枯落初始化学特性的不同,尤其是C/N和木质素/N的不同。枯落物中纤维素和木质素的分解速率都表现芦苇最大,薹草次之,南荻最小。Olson负指数衰减模型能非常好地模拟和预测3种植物枯落物的分解过程。伴随分解过程,3种植物枯落物δ~(13)C上下波动,总体上呈显著降低的趋势,而δ~(15)N则都呈现波动性的略有升高趋势,这说明在枯落物分解过程的不同阶段内,受枯落物基质质量和微生物代谢活动的双重影响,~(13)C与~(15)N既有释放也有富集。δ~(13)C与枯落物纤维素和木质素分解速率都有极显著的正相关关系。δ~(15)N与分解速率相关性不显著,这说明除了氮元素的迁移转化外,还有其他因素影响δ~(15)N的变化。本研究有助于加深枯落物分解过程中基质质量调控机制的认识,深化对鄱阳湖湿地生物地球化学循环过程的科学理解。
  • 文峰, 马玉兴, 梁智策, 廖传松, 盘家永, 邵建强, 何光喜, 刘家寿, 郭传波
    2023, 35(05): 1705-1716.
    千岛湖(新安江水库)是我国大水面生态渔业发展的典型湖库,其渔业主要以鲢、鳙等滤食性鱼类增殖为主,对鱼食性鱼类资源的研究和关注相对匮乏。而鱼食性鱼类是水生食物网的顶级捕食者,对维持水生态系统结构和功能具有重要作用。近年来,受过度捕捞、生境退化等影响,千岛湖鱼食性鱼类资源下降明显。鉴于此,2021年3月—2022年12月,逐月在千岛湖收集4种同域共存的鱼食性鱼类样品1032尾,包括翘嘴鲌(Culter alburnus)、蒙古鲌(Culter mongolicus)、大眼鳜(Siniperca knerii)和斑鳜(Siniperca scherzeri),系统研究并比较了4种鱼食性鱼类年龄、生长、繁殖等生活史策略的分化特征。结果表明,千岛湖4种鱼食性鱼类优势年龄组均未超过3龄,说明其种群呈现低龄化现象。生长式型上,翘嘴鲌和蒙古鲌属正异速生长,而大眼鳜和斑鳜属负异速生长,说明4种鱼食性鱼类具有不同的生长策略。条件系数(CF)的变化趋势与繁殖活动密切相关,其中大眼鳜的条件系数最高(1.92%±0.03%),其次为斑鳜(1.72%±0.02%)和蒙古鲌(1.14%±0.01%),翘嘴鲌的条件系数最低(0.97%±0.03%)。繁殖时间上,斑鳜最早进入繁殖期(3月),其次为大眼鳜(4月)、蒙古鲌(5月),翘嘴鲌最晚(6月)。大眼鳜和斑鳜均出现了2次繁殖高峰(5月和7月),翘嘴鲌的繁殖高峰相对持久(6—7月),蒙古鲌繁殖高峰则最为集中(7月)。繁殖力上,翘嘴鲌((254±16)粒/g)和蒙古鲌((192±10)粒/g)的相对繁殖力较高,显著高于大眼鳜((88±19)粒/g)和斑鳜((88±10)粒/g)。翘嘴鲌和蒙古鲌卵径为单峰分布,推测为单批次产卵类型;而大眼鳜和斑鳜卵径为双峰分布,推测为多批次产卵类型。综上,千岛湖4种鱼食性鱼类在生长速率、生长式型、条件系数等生长策略以及性比、繁殖力、繁殖时间、繁殖方式等繁殖策略均出现了分化,支撑其实现了同域共存。研究结果对进一步理解鱼类同域共存机制,保护、恢复和科学利用千岛湖鱼食性鱼类资源,优化和完善鱼类群落结构具有重要意义。
  • 李奥璞, 范俊韬, 钱锋, 王瑜, 王艺霖, 时悦
    2023, 35(05): 1717-1729.
    长江流域外来鲟的养殖规模庞大,养殖逃逸成为外来鲟进入长江流域的主要途径,影响本地鲟种群生存。根据世界鱼类数据库(FishBase),10种主要养殖的外来鲟中,西伯利亚鲟已被列为德国和奥地利的入侵物种,匙吻鲟已被列为白俄罗斯的入侵物种。为了评估长江流域外来鲟的入侵风险,量化流域内入侵风险最高的外来鲟的适生区,本文使用水生物种入侵性筛查工具(AS-ISK)评估10种主要养殖的外来鲟和5种相关鱼类(虹鳟、尼罗罗非鱼、斑点叉尾鮰、鲮和丁鱥)的入侵风险;使用最大熵算法,基于当前和未来时期(2021—2040年)气候模式下的生物气候变量以及海拔,对于入侵评分最高的外来鲟在流域内的适生区进行预测与分析。结果表明,匙吻鲟在外来鲟中入侵评分最高,表明其在长江流域入侵风险最高。适生区预测时,最热季降水量、年降水量、最热月份最高温度、最冷月份最低温度、昼夜温差的月平均值和降水季节性变异系数是影响匙吻鲟在长江流域分布的主要变量。当前时期,匙吻鲟在长江流域中下游地区具有较大范围的适生区,主要包含湖南、湖北、安徽和江西等省份的部分地区,其中Ⅲ级适生区(高适生区)面积约为2996.8 km~2;在未来时期气候模式的4种情景中,Ⅲ级适生区面积将增加1.41~1.78倍,总适生区质心将向东北方向迁移137.97~163.20 km,亟需防止养殖逃逸的匙吻鲟在这些地区危害本地鲟的生存。
  • 徐薇, 金瑶, 陈桂亚, 董纯, 易燃, 赵娜, 陶江平
    2023, 35(05): 1729-1741.
    2011—2020年,三峡水库共开展了14次促进坝下江段四大家鱼自然繁殖的生态调度试验,于每年5—7月在长江中游沙市江段开展鱼类早期资源调查研究,旨在掌握生态调度实施以来产漂流性卵鱼类自然繁殖的响应变化,评估生态调度对长江中游鱼类自然繁殖的贡献。十年间共采集到鱼卵35种,其中典型产漂流性卵鱼类有25种,主要种类包括贝氏?(Hemiculter bleekeri)、鯿(Parabraims pekinensis、银鮈(Squalidus argentatus)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、翘嘴鲌(Culter alburnus)和花斑副沙鳅(Parabotia fasciata);鱼卵群落多样性指数H、均匀度指数E和稳定性指数ICV在年际间呈现先降低后升高的变化趋势,优势度指数D恰好相反,变化拐点出现在2017年,表明2017年以来群落多样性趋于增加,群落结构趋于稳定;产漂流性卵鱼类繁殖规模总体呈先减少后增加变化,有8个类群的繁殖规模逐年增加,鱼类繁殖高峰频次逐渐升高,大规模繁殖出现的时段逐渐延长,表明鱼类自然繁殖状况趋于稳定。结合生态调度期、非生态调度期鱼类日均产卵规模的比值得出,除了2016、2020年生态调度期间没有出现大规模繁殖以外,其它年份生态调度的实施对促进产漂流性卵鱼类繁殖起到了积极的作用。建议今后继续加大三峡水库生态调度力度,针对不同鱼类物种的需求设计更精细的生态调度方案,进一步提升生态调度对长江中游鱼类自然繁殖的贡献。
  • 刘瀚, 林俊强, 秦鑫, 黄晋, 俞立雄, 熊定松, 普源
    2023, 35(05): 1741-1751.
    为了改善生态调度效果,提高生态调度实践成功率,采用医学领域适用性广、准确性高、直观性强的受试者工作特征曲线法(receiver operating characteristic,ROC),以三峡水库为例,提出了一套基于生物水文响应模型的刺激四大家鱼繁殖生态调度目标量化方法,包括涨水事件界定及生态水文指标选择、鱼类自然繁殖事件及有效繁殖响应界定、生物-水文响应模型构建与多指标判别优选等多个环节。运用三峡水库运行后2013—2019年(除2016年)6年47场次宜昌江段的涨水事件和24次四大家鱼有效繁殖响应的实际观测数据构建模型并量化三峡水库生态调度目标。结果表明:(1)依据初始流量Q_0、洪峰流量Q_(peak)、流量总增长量Q_(sum)和流量日增长率dQ这4个指标所建立的单指标生物-水文响应模型具有较好判别四大家鱼自然繁殖对水文条件是否响应的能力;(2)各评价指标Q_0、Q_(peak)、Q_(sum)、dQ的最佳阈值分别为14960 m~3/s、19610 m~3/s、4050 m~3/s及1405 m~3/(s·d);单指标模型性能排序为dQ>Q_(pea)k>Q_(sum)>Q_0;(3)依据dQ或Q_(peak)的指标组合方式建立的多指标生物-水文响应模型综合性能最佳。结果表明,ROC模型方法结果形式简单、预见性强,据此量化生态调度目标,可为其他流域、水库的鱼类繁殖响应判别和水库生态调度方案制定提供参考借鉴。
  • 杨姣姣, 陈冬, 黄立成, 李杨, 董晋延, 黄超, 王纯波, 刘永定, 杜劲松, 潘珉
    2023, 35(05): 1752-1766.
    为了揭示滇池不同湖区浮游动物群落稳定性及其驱动因子,于2020年对滇池草海、大泊口、外海3个具有一定空间分隔的区域,按季度进行4次采样调查。结果表明,大泊口区域的溶解氧、透明度指标显著高于外海,总氮、总磷、悬浮物、叶绿素a和化学需氧量等指标浓度显著低于外海,草海理化因子浓度介于大泊口与外海之间。研究期间3个区域共鉴定出浮游动物41属(枝角类12属、桡足类8属、轮虫21属),轮虫种类和密度均占较大比例。浮游动物年平均密度大泊口(7771.3 ind./L)>草海(2901.1 ind./L)>外海(634.8 ind./L);年平均生物量草海(3.72 mg/L)>大泊口(2.15 mg/L)>外海(2.09 mg/L)。非参数多元方差分析(PERMANOVA)与相似性百分比分析(SIMPER)结果表明,滇池3个区域间浮游动物群落结构差异极显著,导致大泊口与草海、外海群落结构呈极显著差异的属种为轮虫类群的种类,导致草海与外海群落结构呈极显著差异的属种为枝角类和轮虫类群的种类。此外,浮游动物群落稳定性与物种多样性呈显著的正相关关系,且经过生态修复后水质有所改善的湖区其浮游动物群落稳定性反而有所下降。Pearson相关性分析与冗余分析结果表明,影响浮游动物群落稳定性的主导环境因子为溶解氧、pH和叶绿素a。本研究结果发现滇池异质生境的浮游动物群落稳定性存在较大差异,生态修复后短期内水环境的变化会降低以耐污种为优势所形成的浮游动物群落稳定性。
  • 王丑明, 黄代中, 张屹, 田琪, 阴琨, 熊莉, 陈勇
    2023, 35(05): 1765-1773.
    为客观跟踪洞庭湖水生态环境质量,掌握洞庭湖水生生物完整性状况和变化趋势,支撑长江流域水生态考核工作的开展,基于洞庭湖30多年(1988—2021)的大型底栖动物群落特征数据,构建洞庭湖大型底栖动物完整性指数(BIBI)。基于完整性评价结果,采用多元逐步回归分析识别30多年间影响洞庭湖B-IBI的主要环境因素和贡献率。以低压力期(1988—1994年)底栖动物特征确定参照状态,构建的B-IBI由总分类单元数、甲壳类和软体类分类单元数、H指数、总密度和BI指数5项核心参数构成;同时确定出5项参数的期望值,并建立起B-IBI评价的标准:B-IBI≥6.34,优秀;4.75≤B-IBI<6.34,良好;3.17≤B-IBI<4.75,中等;1.58≤B-IBI<3.17,较差;B-IBI<1.58,很差。经B-IBI在低、高压力组的箱线图分析,进一步验证了该指数的辨别力和适用性。根据研制的B-IBI评价标准,得到洞庭湖B-IBI从1988年的6.99(优)下降到2021年的2.97(较差),表明洞庭湖底栖动物完整性呈现显著的下降趋势。相关环境因素的分析显示,同期洞庭湖的综合营养状态指数、总氮和叶绿素a均呈现显著上升态势。对B-IBI和环境因子的响应关系分析表明,B-IBI与总氮和叶绿素a呈显著负相关,多元逐步回归分析表明总氮解释了大型底栖动物完整性变异的56.1%,和叶绿素a共同解释了变异的61.3%。营养盐增加对洞庭湖大型底栖动物完整性的变化起到较大程度的驱动作用。构建的B-IBI评价标准在洞庭湖具有较好的适用性,可为长期跟踪湖体完整性变化及分析水生态状况变化提供有价值的科学依据。建议在长江流域重要水体的保护中,在持续控磷的同时,加大对氮污染影响的关注,增加对总氮的管控力度,并将总氮纳入国家和地方水生态环境监管体系。
  • 尤本胜, 马书占, 耿梦蝶, 陈东强, 操庆, 王建军, 顾炉华
    2023, 35(05): 1774-1787.
    水体和沉积物是湖泊生态系统中迥异但又紧密相连的两类生境,栖息在这两类生境中的细菌在维持生态系统平衡和驱动元素循环中起着关键性作用。为了探究湖泊水体和沉积物细菌群落的分布格局,本文对太湖四个湖区水体和沉积物中细菌群落进行调查,基于高通量测序技术和统计分析手段,分析这两类生境中的细菌群落组成和多样性水平、分布特征及其驱动因素。结果表明:放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和蓝细菌门(Cyanobacteria)是水体细菌群落中最主要的细菌门,而沉积物中Proteobacteria占据优势地位。在两类生境中,太湖西部区域细菌群落丰富度和独特性(LCBD)相对较高,各区域群落结构表现出显著性差异。对水体而言,电导率、pH值、PC1(重金属组成)和沉积物孔隙度是驱动细菌丰富度的重要因子,PC1、水温及pH值是影响细菌群落LCBD的重要因子,而细菌网络复杂性随pH值的增加而增加,且在高pH环境中占主导地位;对沉积物而言,其丰富度和LCBD的重要影响因子均是沉积物中总磷和锂,细菌网络复杂性随金属元素施加的环境压力增大而降低,但随总磷、磷酸盐和铵态氮浓度的增加而增加。本文揭示了太湖水体和沉积物细菌群落是由不同的环境因素所驱动,为太湖水生态保护和水资源管理提供了新的视角。
  • 张英豪, 王殿常, 吴兴华, 赖锡军
    2023, 35(05): 1786-1795.
    自20世纪以来,在自然以及人类活动共同作用下,洞庭湖湿地面积与格局发生显著变化。本文在综合大量历史资料、相关文献以及数据的基础上,采用分段线性回归方法将近百余年(1900—2020年)洞庭湖湿地面积与格局变化划分为4个阶段,并重点分析了各阶段影响湿地演化的驱动因子及相互作用关系。1900年以来,洞庭湖湿地面积变化可分为1900—1949年的明显下降期、1950—1978年的快速萎缩期、1979—1998年的稳定期以及1999年至今的略微回升期,湿地景观格局变化经历了新中国成立前的相对稳定阶段、1950s—1990s的水域向洲滩转化阶段以及21世纪以来的洲滩向水域转化阶段。不同时期,由于社会经济与生产力水平的差异,湿地演变的驱动因素存在差异,导致湿地演变的速率与方向有所不同。围湖垦殖与退田还湖是导致湿地面积发生改变的主要因素,气象波动、水库建设、湖区采砂以及河道整治等则通过改变入湖水文泥沙情势影响湿地格局变化,并影响围湖垦殖与退田还湖等活动。为满足经济发展要求,政府在湿地演变中的参与度逐渐增加,对围湖垦殖的态度发生了“鼓励—参与—禁止—还湖”的转变,为近百余年洞庭湖湿地演化的核心驱动要素。近百余年洞庭湖湿地的演化过程是区域社会经济发展过程的综合呈现,是人力与自然力的角力过程,也是人地关系矛盾协调演化并趋向缓和的过程。
  • 曾冰茹, 李云良, 谭志强
    2023, 35(05): 1796-1807.
    由于气候变化和人类活动等多重影响,流域河湖水系格局与连通程度发生了显著变化,进而引发洪涝灾害等一系列水资源问题。本文以鄱阳湖流域为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)提取1989—2020年5期水系数据,采用图论方法构建水系评价体系,定量分析该地区近30年来水系格局和结构连通性的时空演变特征,并结合该时期地形、土地利用和归一化植被指数(NDVI)等数据,利用连通性指数(index of connectivity,IC)评估功能连通性的动态变化,进而探讨水文连通与径流量和输沙量的联系。结果表明,近30年来鄱阳湖流域水系结构趋于复杂化,主要体现在流域北部。除干流外,其他等级河流的数量和长度均有所增加,其中Ⅲ级河流最为明显。河网密度、水面率、河网复杂度和发育系数均呈增加趋势,2000年后的变化率约为2000年前的两倍。水系连通环度、节点连接率和水系连通度总体增加,结构连通性呈好转趋势且变化幅度较小。功能连通分析表明,近30年来大部分流域IC减少,流域下游靠近主河道的平坦地区IC较高,上游远离河道的植被密集区域IC较低。此外,IC与年径流量和输沙量表现为显著的正相关性(相关系数分别为0.6和0.7)。总体而言,随着鄱阳湖流域水利工程建设的增加以及土地利用的变化,水系结构变化显著,结构连通性呈增长趋势,而表示径流泥沙的功能连通性在2000年后逐渐减小。本文基于流域结构和功能连通的视角,开展连通性评价指标的时空变化研究,可显著提升对新时期鄱阳湖流域水系连通演变及水土资源保护的理解与认识。
  • 李雨竹, 贾磊, 张弥, 肖薇, 张圳, 包恒鑫, 葛培, 王伟, 吕恒, 万梓文
    2023, 35(05): 1808-1821.
    湖泊“皮肤效应”指表面温度与表层水温的差异,量化“皮肤效应”并分析其影响因素有助于理解湖泊物理、化学、生物和生态过程对气候变暖的响应。本文基于太湖中尺度通量网2011—2020年水温梯度、辐射四分量和小气候观测数据,定量分析了在不同时间尺度和不同天气条件下“皮肤效应”的差异及其影响因素。结果表明,太湖暖“皮肤效应”在15:00—16:00最强,可达1.95℃;冷“皮肤效应”在7:00—8:00最强,达-0.50℃。“皮肤效应”强度春季最强,夏季最弱。因此,无法用表层水温观测值直接验证卫星午后过境反演得到的太湖湖面温度,其偏差可达2℃,尤其在春季。年际尺度上,太湖表面温度上升速率为0.14℃/a,与同期气温上升速率相当,表层水温上升速率为0.12℃/a。使用遥感反演的表面温度表征的太湖升温速率会比传统的表层水温观测结果快0.02℃/a。晴天小风时暖“皮肤效应”最强,为1.64℃;阴天大风时“皮肤效应”最弱,仅为0.32℃。相较于太阳辐射,风速对太湖水温“皮肤效应”的影响更大,风的扰动是影响太湖水温“皮肤效应”的首要因素。此外,基于10年观测数据建立了适用于太湖水温“皮肤效应”的风速参数化方案。
  • 李祖忠, 张旭东, 江聪, 杜涛, 曾凌
    2023, 35(05): 1822-1831.
    三峡水库蓄水引起库区水位抬升,水面面积显著增加,对区域水文循环过程产生了一定影响。为揭示三峡水库蓄水前后水面面积及蒸发损失变化规律,选取三峡库区坝前至寸滩区间作为研究区,利用Landsat影像数据提取1982—2021年水面面积,分区建立水位与面积关系曲线,进而推求库区逐日水面面积。在估计三峡库区水面面积的基础上,结合站点潜在蒸发资料推求水面蒸发损失量。研究结果表明:2010年三峡水库全面运行后,坝前至寸滩库区平均水面面积由蓄水前的372.96km~2,增加到761.31km~2,较蓄水前增加了1.04倍。同时,三峡水库的蓄泄调节改变了库区河段原有的水文节律,使得库区水面面积的季节性变化特征较蓄水前发生了显著变化。蓄水后,冬季水面面积最大,平均为843.81km~2,较蓄水前增加了1.89倍;秋季、春季次之,水面面积分别为818.73和735.28km~2,较蓄水前分别增加了97.17%和1.28倍;夏季水面面积最小,为653.03km~2,较蓄水前仅增加了39.06%。水库全面运行后,蒸发损失量随水面面积扩大而急剧增加,多年平均蒸发损失量由蓄水前的2.68亿m~3增加到5.65亿m~3。库区水面蒸发损失量的季节性节律较蓄水前并未发生实质性变化,春季蒸发损失量为1.26亿m~3,较蓄水前增加了1.4倍;夏季仍是蒸发损失最大的季节,其蒸发损失量为2.11亿m~3,较蓄水前增加了61.14%,但其占全年总蒸发损失的比重却由蓄水前的48.80%减少至37.32%;秋季蒸发损失量为1.49亿m~3,较蓄水前增加了1.23倍;而冬季水面蒸发损失量为0.80亿m~3,较蓄水前增加了3.34倍,其占全年总蒸发损失的比重也由蓄水前的6.85%增加至14.11%,该季节水面面积虽然最大,但其蒸发量仍然最小。本文研究结果有助于更加全面地揭示三峡水库运行对库区水文循环要素的影响。
  • 朱博渊, 徐琪, 朱玲玲, 李义天
    2023, 35(05): 1832-1844.
    近70年来荆江三口分流持续减少,为分析各历史阶段三口分流变化的驱动因素,根据1955—2021年干支流水文、地形实测资料开展研究,并基于控制变量法识别各驱动因素贡献比例。结果表明:三口分流阶段性减少,且集中在5—11月。长江上游降雨减少导致的干流来流偏枯以及下荆江裁弯、葛洲坝拦沙造成的干流河道冲刷和三口口门淤积对三口分流减少促进作用明显,调弦口堵口对三口分流影响不大,三峡水库蓄水后干流河道与三口口门同步冲刷,三口分流变化不大。长江上游汛期降雨减少明显,对5—11月三口分流减少影响较大,且三口分流主要发生于汛期干流中洪水位时,导致在下荆江裁弯期干流河床大幅下切条件下5—11月分流显著减少;葛洲坝调度、三峡水库初期调度和试验性蓄水调度也集中于5—11月,使得5—11月三口分流量分别减小0.4×10~8、12.5×10~8和38.6×108m~3。调弦口堵口对三口分流的增大作用远小于降雨的减小作用,贡献比例为负值;下荆江裁弯对三口分流减少的贡献比例达85%;水库运用期降雨对三口分流减少的贡献最大,贡献比例大于50%,葛洲坝调度几乎不产生贡献、下游河道调整贡献比例为21%,三峡水库初期调度贡献比例增大至7%、下游河道调整贡献比例为10%,试验性蓄水期则分别上升至23%和19%。长江上游降雨减少至少持续到本世纪末,三口分流年均值将长期呈减少趋势,而荆江干流与三口口门同步冲刷,干流同流量下三口分流仍将变化不大。
  • 张琛华, 彭海军, 王洁, 丁寒维, 姚虎, 范宝祥, 高洋, 洪冰
    2023, 35(05): 1844-1852.
    湖泊沉积物氮同位素(δ~(15)N)在古环境、古气候变化方面有着指示气候干湿变化的重要作用,但目前学界对于δ~(15)N记录作为气候代用指标所指示的气候干湿变化特征仍缺乏深入探索。本文以贵州省梵净山九龙池湖泊沉积物为研究对象,分析并探讨δ~(15)N所记录的梵净山地区气候干湿变化过程与特征,并结合总有机碳(TOC)、总氮(TN)和碳氮比值(C/N)数据进行对比研究,结果表明:(1)由于九龙池湖泊沉积物有机质受流域输入影响,气候湿润时,陆生植物增多,土壤湿度增大,外源输入对湖泊沉积物有机质影响增大,沉积物δ~(15)N值偏负;气候干旱时,陆生植物减少,土壤湿度降低,外源输入对湖泊沉积物有机质影响减小,沉积物δ~(15)N值偏正;(2)九龙池湖泊沉积物δ~(15)N记录很好地揭示了梵净山地区全新世的气候干湿变化过程,即早期(11.5—9.2 ka B.P.)亚洲夏季风增强,气候从干旱期向湿润期转变,中期(9.2—3.0 ka B.P.)亚洲夏季风强盛,气候整体处于湿润期,晚期(3.0—2.2 ka B.P.)亚洲夏季风减弱,气候由湿润期向干旱期方向发展。该记录与中国西南地区其他气候代用指标所记录的全新世气候变化具有区域一致性,但在部分时段有明显差异,说明西南地区气候和环境演变即响应了全球性变化又有区域特征。本研究表明,九龙池湖泊沉积物δ~(15)N记录可用于揭示研究区域全新世气候与环境变化的特征,是一种具有实用价值的古气候代用记录。