摘要:乌梁素海: 位于内蒙古自治区巴彦淖尔市，面积293 km2, 为河套灌区农田灌溉排水湖泊，也是全球半荒漠地区重要的鸟类迁徙驿站，每年11月至翌年4月为冰封期（摄影：聂延秋）。

摘要:

摘要:泥沙问题是三峡工程的关键技术问题之一,关系到三峡工程设计成败和安全高效运行。在三峡工程论证、设计、建设和运行的各个阶段,针对重大的工程泥沙问题进行了系统和持续的监测与研究,为三峡工程成功建成与运行提供了重要科技支撑。本文系统阐述了三峡工程泥沙问题的研究历程与解决途径,对三峡水库蓄水运用以来入库水沙变化、水库淤积、坝下游冲刷、泥沙优化调度等方面取得的研究成果进行了分析总结。研究成果表明三峡工程泥沙问题及其影响基本未超出论证与初步设计的预测,处于安全可控状态。本文还根据新需求对今后泥沙问题研究提出了建议,包括梯级水库泥沙联合调度、泥沙变化的生态效益、泥沙监测技术提升等。

摘要:磷(P)的生物地球化学循环是整个生物圈物质能量循环的重要组成部分,在水环境质量变化和生命演替过程中起着决定性作用。传统理论普遍认为磷循环是以+Ⅴ价态的磷酸盐(P^+Ⅴ)为主导的沉积型循环,忽略了磷化氢(P^-Ⅲ)、次磷酸盐(P^+Ⅰ)和亚磷酸盐(P^+Ⅲ)等价态低于+Ⅴ的无机还原态磷(IRP, inorganic reduced phosphorus)形态,致使当前对水体P循环的认识存在明显的“缺失”。本综述在目前获得的新研究和新发现的背景下,对水环境中IRP的赋存形态、来源和组成、检测方法、时空分布、迁移转化、环境行为与效应等方面的研究现状进行阐述并对IRP的发展态势进行展望,以期丰富和完善湖泊磷循环理论并提供关键信息,推动对磷循环相关研究的发展,为湖泊水环境保护和治理提供参考。

摘要:洱海是云贵高原重要湖泊,近年来经历了多次污染和治理。2017年以来,洱海全流域开展高水平保护治理,外源污染和水质发生了时空变化。为分析洱海水质的影响因素,于2017—2022年在洱海8个主要湖湾以及北部、中部、南部3个湖心水域进行连续6年的逐月水质监测,重点分析了总氮、总磷和叶绿素a浓度以及透明度4项水质指标,并用综合营养状态指数(TLI)法评价水体的富营养化程度。结果表明,1)洱海水体富营养化程度呈北高南低趋势,与外源污染物主要经由北三江入湖有关。2)2017—2022年,南部水域富营养化程度逐年降低,中部水域氮、磷浓度呈降低趋势,北部水域氮、磷浓度略有升高,表明中部和南部治理成效优于北部。3)洱海富营养化程度在汛期高于非汛期,北部水域富营养化程度的季节变异高于中部和南部水域。4)洱海北片区及汛期污染控制尤其是水体磷控制是洱海治理需要关注的重点问题。

摘要:浅水湖泊中磷的季节性波动是湖泊生态系统响应环境变化的重要过程,揭示湖泊中磷的季节性波动过程及其影响因素是科学和有效实施湖泊管控的关键。本研究利用巢湖2012—2023年的连续逐月监测数据,分析巢湖水体中磷的季节性变化规律及其驱动因素。结果表明:巢湖水体中磷呈现明显的年内波动模式,其中2—4月份是一年水体中磷的低值时段,而后逐渐升高,8—10月份达到年度水体中磷的高值时段,高值时段总磷浓度比低值时段平均高0.058 mg/L,平均增加84%,而且这个波动幅度从东到西逐步升高。浮游植物生物量和叶绿素a的年内变动模式与水体中磷的波动模式并不匹配,其中浮游植物生物量的年内峰值较磷的年内峰值出现更早,而冬季仍是浮游植物生物量和叶绿素a浓度较高时段,水体中磷的浓度却相对较低,藻类年内波动幅度对磷的波动幅度解释率不足10%,表明巢湖水体中磷的季节性波动受浮游植物的年内变化影响有限。巢湖水体中磷的年内波动模式可能主要受内源磷的自然释放过程驱动,藻类的泵吸作用和外源污染入湖的调节作用并不明显。本研究提升了对浅水湖泊中磷季节性变化规律的认识,对湖泊内源污染的管控策略制定具有重要的科学意义。

摘要:针对影响微囊藻在太湖中水平迁移-聚集-形成水华规律的介观机理尚未揭示的问题,在实测水动力、微囊藻生物量的基础上,建立了考虑风与光共同作用的微囊藻迁移IBM模型。在通过实测数据率定后,对2017年多次发生的水华面积扩大过程进行了模拟。结果表明:风扰动下的微囊藻垂向分布决定了其水平迁移速度,越接近水面,微囊藻的水平迁移速度越快。太湖受到风生流的主导,微囊藻存在“低风下表层慢速迁移、适宜风下表层快速迁移、中下层始终慢速迁移”的3种水平迁移模式。在这3种水平迁移模式下产生了一种长期的“水平迁移累积”,也就是微囊藻向下风向湖湾漂移得快,从湖湾向外迁移得慢,其差值产生了微囊藻在下风向湖湾部聚集的效应。

摘要:水华蓝藻在浮力下降后会沉入湖底,不但导致底泥污染加重,一些蓝藻细胞在低温和黑暗条件可维持低活性状态休眠越冬,并有可能在温度回升或风浪扰动后上浮至水柱,成为蓝藻水华暴发的种源。为了确定巢湖底泥蓝藻的时空分布特征及其环境影响因子,本研究对巢湖底泥蓝藻开展了8周年的野外调查。结果表明,巢湖底泥蓝藻含量在2016—2023年呈现先升高后下降的变化趋势,2019—2020年达到峰值;底泥蓝藻含量在空间分布上与水体蓝藻含量基本相似,呈现出由西向东逐渐减少的格局;巢湖底泥蓝藻含量季节变化明显,受微囊藻和长孢藻下沉休眠的影响,分别在11月和3月达到峰值,而春季至夏季由于蓝藻复苏上浮,7—8月份达到最低值。逐步回归分析发现,底泥总氮含量、风速、底泥总磷含量、温度可能是影响底泥蓝藻含量时空变化的主要环境因子。研究结果揭示了巢湖水华蓝藻在底泥中的时空分布规律,对湖泊内源污染的管控与蓝藻水华控制具有重要的科学意义。

摘要:为探究菹草(Potamogeton crispus)生长、衰亡期对生态环境的效应,本文以南水北调东线源头调蓄湖泊——高邮湖为研究区域,通过分析湖泊水质及浮游植物群落随菹草生长衰亡过程的变化情况,揭示高邮湖菹草暴发下水环境状况变化。结果表明:在菹草生长期水体透明度明显提高,且总氮浓度有较大程度的下降;而在菹草衰亡期,菹草生物量越高的区域水质越差。菹草在生长期对水环境起到一定的净化效果,而菹草衰亡降解会造成水质恶化。菹草生长期浮游植物密度和生物量显著低于衰亡期,生长期菹草高、中生物量区的浮游植物密度和生物量低于低生物量区,而在菹草衰亡期高、中生物量区的浮游植物密度和生物量高于低生物量区。冗余分析结果表明,pH、溶解氧、氨氮、硝态氮、总磷、高锰酸盐指数是菹草生长衰亡过程影响浮游植物群落结构的主要环境因子。分段结构方程模型模拟结果表明,菹草生物量可对浮游植物生物量产生直接效应,也可以通过改变环境因子对浮游植物生物量产生间接效应。

摘要:水生动植物生态系统构建对湖泊磷循环具有重要影响。通过开展微宇宙实验探究狐尾藻-鲢-铜锈石田螺(MHS)组合系统对沉积物磷的去除效果及其作用机制。结果表明:(1)狐尾藻对上覆水及沉积物中磷素的富集是系统去除磷素的主要途径,鲢和铜锈石田螺的协同作用可有效促进狐尾藻生长并强化其对磷的富集,与狐尾藻(M)、狐尾藻-鲢(MH)和狐尾藻-铜锈石田螺(MS)3种系统相比,MHS系统对上覆水及沉积物总磷的去除率分别提高了14.02%~54.53%和2.26%~5.33%。(2)沉积物磷的去除主要取决于植物根系对铁铝结合磷(Fe/Al-P)的吸收,实验周期内MHS系统对沉积物无机磷的总体去除率为13.60%,其中Fe/Al-P占87.83%,可有效降低沉积物磷向上覆水释放的风险。(3)16S rRNA基因测序表明,MHS系统可有效改善微生物生长环境,提高沉积物解磷菌(硫杆菌属(Thiobacillus)和假单胞菌属(Pseudomonas))的相对丰度,促进沉积物Ca-P向Fe/Al-P转化,提升植物根系对磷的吸收效率。本研究表明狐尾藻-鲢-铜锈石田螺组合系统在沉积物Fe/Al-P含量较高的湖泊中具有较好的应用前景,可有效去除湖泊中的磷污染物,降低湖泊富营养化风险。

摘要:浮游动物是水生态监测中关注的类群之一,轮虫作为浮游动物的重要组成部分从而受到诸多重视。然而轮虫用于水质和生态环境健康状态评价时却遇到了很多问题。本研究以上海市及周边水体为研究对象,探究3种轮虫指数(Q_B/T指数、E/O指数、TSI_ROT指数)对水体营养状态的评价效果,分析了轮虫密度、生物量以及多样性指数与水体营养状态的关系。结果表明:①TSI_ROT指数、轮虫密度和生物量在指示水体营养状态上有一定的可靠性,但评价效果受季节影响较大。在上海地区TSI_ROT指数适合在夏、秋季节使用,不适合在冬、春季节使用。轮虫的密度和生物量在夏季与TLI的关系最为密切,且随着TLI的升高而升高,其中密度对TLI的指示效果优于生物量。Q_B/T指数、E/O指数进行水体营养状态评价均存在一定的局限性,两者不适用于四季分明且已普遍处于富营养水平的水体评价。α多样性指数(Shannon指数、Simpson指数、Pielou指数)在水体营养状态各阶段的数值集中范围相差不大,故而在上海地区不适宜根据α多样性各指数划定的范围来判断水体营养程度。②在夏季,生境是影响轮虫指示水体营养状态结果的重要因素。③TSI_ROTP与TSI_ROTD和TSI_ROTZH评价结果的一致性程度较弱,故而在使用TSI_ROT指数前应充分了解被评价水体的水文状况,从而提高TSI_ROT指数的准确性。

摘要:长江上游梯级水库的建成运行改变了河流水沙条件,河流的天然水文节律被打乱,水-沙-磷由同步输送转变成非平衡性和不连续性输送,总磷的通量和赋存形态也发生改变。受水量水位调控、泥沙拦截淤积和水库滞热等影响,河流的径流、泥沙、温度等均发生改变,并产生系列生态环境效应。针对新情势下长江总磷问题,尤其是水利工程建设运行导致径流、泥沙、水温和磷的输送变异,从水沙空间格局及磷迁移转化特征等方面梳理长江流域的新情势,并分析了径流-泥沙-温度变化对磷输送的影响。结合总磷管控现状及存在的不足,建议加强河湖库中总磷标准的衔接,完善总磷环境标准体系,推动水质基准的研究,强化地方和流域标准的制定,并坚持将总磷排放浓度与总量双重控制相结合,最终为总磷问题的有效解决提供支撑。

摘要:太湖蓝藻暴发与水体中总溶解态磷(TDP)密切相关,而底泥是否向水中释放TDP是一个重要的科学问题。由于太湖底泥间隙水与上覆水的TDP之间存在3~5倍的浓度差,因此会存在TDP的Fick扩散过程。针对Fick 扩散计算仍然未能精确地考虑含有机磷时的扩散系数等问题,本文在考虑有机磷的影响、孔隙率、温度等变化的条件下进行了监测和计算。基于全湖30个采样点的现场调查数据,使用只有无机磷扩散系数20%左右的扩散系数计算太湖TDP年Fick扩散量约为127.8 t;磷的Fick 扩散量与上覆水磷浓度相同,具有西北高、东南低的特点。敏感性分析表明:相对于温度变化,有机磷的占比和孔隙率的取值对于Fick扩散量的计算值有更大的影响。

摘要:湖泊氮素污染问题严重,水体富营养化程度正在日益加剧。湖泊沉积物中传统脱氮过程的研究主要关注反硝化和厌氧氨氧化过程,而厌氧铁氨氧化过程(feammox)的发现更新了人们对于氮素转换途径的认识,也使得湖泊沉积物中各个脱氮途径的贡献至今尚不明确。本研究通过¹⁵N稳定同位素示踪技术定量了长江中下游18个湖泊沉积物反硝化、厌氧氨氧化和厌氧铁氨氧化过程的速率,计算了各个过程的脱氮贡献。结果显示,冬季反硝化、厌氧氨氧化和厌氧铁氨氧化的平均速率分别为(2.38±0.80)、(0.06±0.04)和(0.015±0.025) mg/(kg·d),平均脱氮贡献分别为96.5%±2.4%、2.7%±2.0%和0.8%±1.4%;夏季反硝化、厌氧氨氧化和厌氧铁氨氧化的平均脱氮速率分别为(2.54±1.04)、(0.12±0.06)和(0.005±0.005) mg/(kg·d),平均脱氮贡献分别为95.0%±3.4%、4.8%±3.2%和0.2%±0.3%。尽管厌氧铁氨氧化过程对于总体氮素脱除的贡献较为有限,但对NH⁺₄的脱除贡献值得关注,其NH⁺₄脱除贡献率在冬季和夏季分别为15.5%±23.4%和13.4%±22.4%。在冬季的洪湖、西凉湖和斧头湖以及夏季的鄱阳湖中厌氧铁氨氧化的NH⁺₄脱除贡献率甚至高于厌氧氨氧化,表明厌氧铁氨氧化过程在沉积物NH⁺₄脱除中的作用不容忽视。多元统计分析结果表明,pH、硝态氮、总有机碳和总无机碳可能是厌氧铁氨氧化过程的主要影响因素。本研究丰富了湖泊生态系统氮循环路径的认识,明确了湖泊生态系统氮素的转化过程和环境归趋,为湖泊生态系统氮素管理与水体富营养化治理提供了重要的理论支撑。

摘要:农村农业非点源污染是滇池污染负荷的主要来源之一,环湖截污治污体系对农村农业污水的截留具有重要意义。为实现对该体系的自动化控制,有效支撑智能化控制平台的高效运行,本研究在前期通过对比分析,确定截污治污体系截流井采用基于总磷(TP)浓度阈值控制模式对农村农业非点源污染物负荷截留效果最好的基础上,针对环湖截污治污体系现状条件下,采用TP 浓度阈值控制模式对应的优选截留率进行研究,探讨了重现期和雨峰系数的影响,并就选择性截留后枯、平和丰水年农业农村非点源污染负荷的入湖系数进行计算。结果表明,(1)当干渠发生溢流时,存在优选TP浓度阈值,当截留TP浓度大于等于该阈值的径流时,可以使溢流进入滇池的污染物负荷最小,此时截留径流量与总径流量的比值即为优选截留率。(2)随重现期的增大,TP浓度阈值的设定值整体呈减小趋势,所截留的污染物平均浓度减小,优选截留率减小。(3)随雨峰系数增大,TP浓度阈值的设定值增大,优选截留率变化不大。(4)考虑基于TP浓度阈值控制模式的环湖截污系统截留作用后,滇池农业农村非点源污染负荷的入湖系数:枯、平、丰水年COD分别为0.09、0.14、0.23;总氮分别为 0.10、0.22、0.31;TP分别为 0.07、0.12、0.19,均较不考虑环湖截污系统截留作用时显著降低。(5)采用TP浓度阈值控制模式,在枯、平及丰水年均可有效提升截污干渠末端水质净化厂的进水浓度,增强处理工艺的运行稳定性。

摘要:景观格局由景观组成、地理特征和景观配置等方面共同组成,流域景观格局演变是河流水质时空变化的重要驱动因素。为探讨景观格局演变对城市地区典型河流水质的定量影响与作用机制,本研究基于巢湖流域南淝河2013年与2023年水质数据和土地利用数据,采用单因素ANOVA检验、层次聚类法探究水质时空变化,通过Bioenv分析、VPA分析等多元统计方法探究在不同时空尺度下景观格局中的各个部分对水质综合营养状态指数(TLI)的解释率以及影响TLI的关键因子。结果表明:2023年南淝河水质优于2013年,总氮、总磷和TLI在2013年显著高于2023年,但不同年份水质的季节差异并不一致。不同时期的调查结果均发现,非汛期景观格局对TLI的解释率高于汛期,1000 m河岸带缓冲区和子流域尺度下景观格局对TLI影响较大。景观组成、地理特征对TLI的独立解释率大于景观配置;景观配置对TLI的影响主要集中在与景观组成、地理特征的联合作用中。在景观组成中,建设用地面积占比、园地面积占比与TLI呈显著正相关,水域面积占比与TLI呈显著负相关。在地理特征中,面积高程积分、地形湿度指数与TLI呈显著负相关。研究认为,未来南淝河流域要限制“源”景观的无序扩张,不可忽视地理特征对河流水质的优化作用,并从景观配置中的“复杂度、破碎度和连通性”等方面着手对城市进行合理规划以辅助改善水质。

摘要:河流沉积物重金属污染问题日益突出,严重威胁流域生态系统健康。以黄河流域泾河崆峒段为研究区,采集91个河流表层沉积物样品,测定并分析沉积物As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn共8项重金属元素含量及其空间分布特征。采用地累积指数(I_geo)和污染负荷指数(PLI)系统量化重金属污染特征,并联合应用自组织神经网络(SOM)模型、相关性分析和正定矩阵因子分解(PMF)模型定量解析沉积物重金属污染来源及其贡献率。结果表明:泾河崆峒段河流表层沉积物重金属含量的平均值高低依次为Cr(65.66 mg/kg)＞Zn(55.63 mg/kg)＞Ni(21.78 mg/kg)＞Pb(17.50 mg/kg)＞Cu(14.07 mg/kg)＞As(10.94 mg/kg)＞Cd(0.19 mg/kg)＞Hg(0.032 mg/kg)。除Cd和Hg外,As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量的均值均低于甘肃省土壤背景值和黄土高原土壤背景值,且As、Cd和Cr含量的均值分别是中国水系沉积物背景值的1.22、1.46和1.22倍。沉积物重金属含量空间分布具有明显的差异性,所有元素高含量和污染相对较重的区域均分布于人类活动强烈和入河口周边流域,且Hg的空间异质性最强。Cd是泾河崆峒段亟需关注的首要污染元素,Hg、Pb、Cr和Zn存在局部污染,Cu、Ni和As为清洁无污染。沉积物重金属的富集可能受污水-交通源、农业源、金属冶炼加工源、电镀制造工业源和自然源的共同影响,贡献率依次为33.33%、27.21%、11.02%、15.49%和12.95%。

摘要:为探究补水型城市河湖人工湿地系统枯水期和丰水期溶解性有机质(DOM)的组成特征、来源及其与水质的关联性,以巢湖流域典型城市人工河湖湿地为研究对象,运用三维荧光光谱(EEMs)技术,结合平行因子分析法(PARAFAC)解析枯-丰水期湿地内水体DOM浓度组分变化和主要来源;分析常规水质指标pH、溶解氧、总磷(TP)、总氮、叶绿素a(Chl.a)和浊度的时空变化特征以及与DOM的关联性。结果表明:(1)通过PARAFAC识别出4种荧光组分,分别为紫外类富里酸C1、类色氨酸C2、类胡敏酸C3、类酪氨酸及可溶性微生物降解产物C4,丰水期DOM荧光强度高于枯水期,水体DOM受内源和陆源的双重影响,以自生源为主;(2)受城市地表径流及夏季巢湖蓝藻暴发的影响,各水质指标浓度的时空变化特征主要表现为丰水期高于枯水期、从上游到下游呈现先升高后下降的趋势,枯水期时的生态补水和方兴湖湿地能够对水质具有改善作用;(3)水质理化指标、DOM组分和荧光指数相关性分析结果表明,溶解性有机碳与Chl.a、浊度和C4组分呈显著正相关,TP与C1、C2和C3组分呈显著正相关,可见地表径流携带的有机污染物贡献了湿地中一部分DOM,浮游植物的内源产生是塘西河下游有机碳的重要来源。研究揭示了塘西河-方兴湖湿地DOM的荧光特征、组分来源、水期差异以及水质变化,为进一步探明城市河湖湿地生态系统DOM时空分布特性和来源以及生态补水对水质的影响等提供了基础资料。

摘要:为研究寒区典型湖泊水体中溶解氧的变化特征及其影响因素,本研究对蒙新高原3个季节性冰封湖泊(乌梁素海、南海湖、岱海)的溶解氧、水温和光合有效辐射进行高频长序监测,并结合水质检测结果,对不同湖泊的溶解氧变化特征及其影响因素进行分析。结果显示,在冰封期,岱海、南海湖和乌梁素海溶解氧平均浓度分别为15.19、5.99、11.42 mg/L,3个湖泊溶解氧均表现出昼升夜降和垂向分层现象,在昼夜变化幅度上呈现出南海湖>乌梁素海>岱海;溶解氧整体变化幅度上呈现出乌梁素海>南海湖>岱海,其中乌梁素海变化幅度达到了18 mg/L,岱海仅为3.3 mg/L;溶解氧变化主要受到水温、光合有效辐射以及营养盐浓度的影响,对于不同湖泊,各项环境因子对冰下水体生化过程的影响存在显著差异。不同的冰雪条件造就了水环境的差异,继而影响了冰下水体溶解氧变化。本研究旨在通过对冰封期不同类型湖泊中溶解氧变化及其影响因素的研究,更好地了解湖泊生态系统在冰封期的变化规律,为寒区湖泊管理和保护提供理论依据。

摘要:河道型水库对有机碳具有重要的拦截作用,影响内陆水体碳循环。然而,河道型水库水体滞留时间较短,其碳埋藏效应容易被忽视。受野外观测方法的限制,准确地评估河道型水库碳汇潜力面临挑战。声学调查法能够全面反映水库沉积物淤积分布,是一种快速、经济和准确的水库碳埋藏评估方法。本研究采用声学调查法、沉积柱理化参数和碳同位素技术,对乌江流域河道型水库(思林水库)有机碳埋藏开展了调研。结果表明,思林水库沉积物厚度变化范围为0~3.53 m,不规则的水下地形导致沉积物淤积分布具有高度的空间异质性。思林水库沉积物有机碳含量、C/N摩尔比和δ¹³C值变化范围分别为1.03%~3.40%、4.62~9.14和-28.5‰~-23.8‰,平均值分别为1.93%、7.24和-26.6‰,显示沉积物有机碳主要来源于水生浮游植物。思林水库内源有机碳对沉积物总有机碳的贡献比例范围为21.2%~85.1%,平均值为60.1%。沉积物内源有机质含量与营养盐氮磷浓度呈显著正相关,表明营养盐氮磷的输入促进了内源有机质的生成。思林水库有机碳埋藏速率变化范围为0~12133.4 g/(m²·a),平均值为1429.8 g/(m²·a),有机碳埋藏通量为2.16×10¹⁰ g/a,相当于全球水库有机碳埋藏通量的0.36‰,表明河道型水库碳汇潜力不容忽视。思林水库内源有机碳通量为1.30×10¹⁰ g/a,相当于水-气界面CO₂释放通量的0.32倍。本研究水库和其他研究的水库有机碳埋藏速率与水体滞留时间呈对数函数关系,该经验函数将有助于估算全球水库有机碳埋藏速率。

摘要:湖泊等水体的碳排放是全球碳循环的重要组成部分,但目前对干旱区湖泊的碳排放特征及其影响机制的研究严重不足,从而导致全球湖泊碳排放估算存在极大不确定性。本研究以新疆干旱区三大典型湖泊——乌伦古湖、赛里木湖和博斯腾湖为研究对象,分别于2023年春季和夏季采集气体、水体和沉积物样品,计算各湖泊二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)浓度,并估算了相应的气体扩散通量和冒泡通量,结合水质、气象、沉积物碳氮含量等参数,探讨了新疆干旱区典型湖泊碳排放大小及影响因素。结果表明:3个湖泊均表现为CO₂和CH₄净排放,平均CO₂和CH₄通量分别为(26.8±28.5)和(0.39±0.25) mmol/(m²·d)。受碳源和水质等因素综合影响,湖泊的碳排放通量存在季节差异。具体表现为,春季CO₂通量((19.1±26.5) mmol/(m²·d))低于夏季((31.9±28.5) mmol/(m²·d)),而春季CH₄通量((0.55±0.25) mmol/(m²·d))高于夏季((0.27±0.17) mmol/(m²·d))。在此基础上初步推算,新疆干旱区3个湖泊的CO₂和CH₄排放总量分别为212.0和4.7 Gg/a。相较于其他气候区,新疆干旱区湖泊碳排放偏低,但考虑到全球干旱区湖泊面积辽阔,碳排放总量不容小觑,需要在全球湖泊碳排放相关研究中予以综合考虑。

摘要:在基于宏条形码(meta-barcoding)的eDNA监测技术中,eDNA测序数据的分析和注释是决定监测结果判断和评估精准与否的基础,而参考数据库选择、指标阈值选择、目标数据准备是eDNA测序数据分析和注释中最为关键的3个技术环节。为厘清上述3个技术环节处理方案的影响,本研究以长江中游2组eDNA监测COI基因测序数据为分析对象,针对鱼类的检出进行3组实验来分别检验:1)不同参考数据库及物种注释算法对注释结果的影响;2)不同OTU聚类序列相似度和物种注释分类置信度(序列一致性和序列覆盖度)对注释结果的影响;3)目标数据中各物种不同序列丰富度对注释结果的影响。结果显示:1)Blast算法下,3个版本nt库注释出的物种基本一致(72%~78%),2个本地序列参考库注释出的物种也基本一致(91%~96%),这5个序列参考库注释出的物种52%~68%一致;nt库RDP Classifier算法注释出的物种覆盖95%以上Blast算法注释出的物种,并比Blast算法注释出的物种多151%~443%,多出的物种大都是错误注释,本地参考数据库RDP Classifier算法注释出的物种覆盖66%~85%的Blast算法注释出的物种,并存在数条只注释到科属的结果。2)OTU聚类序列相似度阈值,取值0.999比取值0.99获得的OTU多154%~209%,注释到鱼类的OTU多240%~490%;注释分类置信度阈值(Blast算法,序列一致性和序列覆盖度)从0.8到0.99注释获得的物种组成(94%以上)基本一致,OTU组成(83%以上)也基本一致,注释分类置信度阈值取0.7时注释获得的物种组成、OTU组成与取0.8及以上时注释获得的有较大差异。3)在OTU聚类序列相似度阈值为0.999、注释分类置信度阈值为0.9时,多序列数据注释所得鱼类物种数、OTU数最多,物种注释正确率最高(达81.49%),分别比单序列数据的多7%、215%和高5%。在具体eDNA测序数据的分析和注释中,可通过建立完善本地参考数据库、优化OTU聚类序列相似度和物种注释分类置信度(序列一致性和序列覆盖度)取值、增加目标数据的丰富度来提高注释结果的准确性,但受制于物种注释算法的局限性,物种注释错误和注释遗漏的问题可能将长期存在,物种注释正确率通常低于85%(基于COI基因的eDNA监测)。

摘要:环境DNA技术作为最具潜力的生物监测手段正逐渐应用于生物多样性调查。水样采集和前处理对环境DNA生物监测至关重要。通过实验室水箱实验分析4种温度梯度下(4、15、25和35 ℃)7种常见鱼类环境DNA随时间的降解规律,探究保存温度和时长等前处理条件对环境DNA鱼类监测的影响,并在25 ℃下测定了野外环境中鱼类环境DNA的降解速率。结果表明:整体上,温度越高,鱼类环境DNA降解越快。水箱实验中,除4 ℃外,各鱼类环境DNA在采集后24 h内降解超过90%,计算半衰期在0.91~5.80 h之间。野外环境样品中,鱼类环境DNA含量更低、降解更快,总鱼类环境DNA计算半衰期仅为0.15 h。环境DNA宏条形码比定量PCR检测灵敏度高,在水样采集第13天后仍能检出大量鱼类信息,但定量PCR在水样采集第2天就无有效检出。宏条形码检出各鱼类相对丰度在水样采集前5天内基本保持稳定。综上,采用定量PCR方法开展鱼类监测时,建议采样后4 h内完成过滤;采用宏条形码方法时,建议24 h内完成样品过滤,以最大程度降低环境DNA降解对监测结果的影响。

摘要:高寒城市湿地是研究全球环境变化下湿地生态系统的天然实验室,对西藏拉鲁湿地浮游植物优势种的时空分布及其生态适应性进行深入研究,对有效保护和管理这一脆弱的生态系统至关重要。根据拉鲁湿地的地理特征和水流状况,设置42个采样点,于2021年7月(丰水期)、2021年10月(枯水期)和2022年5月(平水期)采用定性和定量方法采集水样126个,鉴定浮游植物和识别优势种,通过运用生态位宽度、生态位重叠值、相对资源占有率和生态响应速率计算生态位,并结合总体联结性、χ²检验、联结系数(AC)、共同出现百分率(PC)及点相关系数(φ) 等方法计算种间联结性,从时间、空间和时空3个维度对浮游植物优势种的生态位和种间联结性进行综合分析。结果表明:1)拉鲁湿地丰水期共鉴定出浮游植物309种,枯水期为294种,平水期为284种,其中优势种8种,隶属2门7属,中型脆杆藻为3个水情期均出现的优势种。 2)优势种生态位宽度值差异较大,通过生态位宽度聚类分析可分为三大生态位类群,且时空生态位宽度的变化幅度受时间维度生态位宽度影响比较明显。3)在时间维度上,达到有意义的生态位重叠值(O_ik＞0.3)种对比例较高,具有明显的时间同步性;在空间维度上,达到有意义的生态位重叠值(O_ik＞0.3)种对比例较低,具有明显的空间异质性。在时空维度上,达到有意义的生态位重叠值(O_ik＞0.3)种对比例较低,具有明显的时空交互性。4)拉鲁湿地浮游植物群落优势种生态响应速率在时间维度上显示出正反馈,在空间和时空维度上表现为负反馈,表明拉鲁湿地浮游植物群落存在群落多稳态,在空间和时空维度上的群落稳定性明显优于时间维度。5)拉鲁湿地浮游植物群落总体处于正向演替的稳定阶段,正联结种对多,显示出较为稳定的分布格局。本研究增强了对高寒城市湿地浮游植物优势种时空动态及其生态适应性的理解,为进一步研究拉鲁湿地浮游植物群落的稳定性和时空分布格局提供了重要依据。

摘要:浮游纤毛虫原生动物是真核微型生物的重要类群,在微食物环中扮演着物质和能量转换的关键角色,可作为水环境质量的指示生物。但传统沉降计数法对纤毛虫的鉴定分辨率较低,常造成多样性被低估。为此本研究在2020年7月-2021年5月期间利用可获得更高分类分辨率的定量蛋白银法(QPS),对崇明岛河道浮游纤毛虫的多样性和群落结构进行调查,同时用多元统计方法分析环境因子对其影响,并筛选潜在指示种。结果共检出纤毛虫131种,隶属于3纲11目,其中寡毛目相对丰度最高,是全年优势类群。Shannon-Wiener指数为1.53±0.06(范围为0.16~2.62),Pielou指数为0.75±0.02(范围为0.18~1.00),Margalef指数为1.07±0.06(范围为0.13~2.98),呈现明显的季节变化,与硝酸盐和叶绿素a浓度均呈显著相关。ANOSIM检验发现4个季节的纤毛虫群落结构差异极显著,存在明显演替过程。dbRDA分析显示,营养盐、叶绿素a、溶解氧和降水量是影响全年纤毛虫群落结构变化的主要环境因子,盐度对其无显著影响;而各季节纤毛虫群落结构的异质性也均与水质指标呈显著相关,盐度仅在秋季对纤毛虫群落结构有显著影响。12种纤毛虫对群落结构的累积贡献率达90%以上,以食藻性和杂食性种类为主,它们与富营养化指标显著相关。优势种中奇异海游虫(Pelagostrombidium mirabile)和透明裂隙虫(Rimostrombidium hyalinum)不易受盐度影响,可作为崇明岛水质状况的潜在指示生物。

摘要:单退圩是鄱阳湖防洪体系的重要组成部分,能否将其科学运用直接影响着湖滨地区的防洪安全与蓄滞洪区的运行管理。2020年鄱阳湖单退圩首次全面启用,本文结合实际情况系统模拟了圩堤分洪过程并分析分洪效果,进一步运用模糊优选方法从降低水位、启用频率和年均损失等方面筛选启用方案,最后讨论单退圩体制机制及运行管理存在的问题。结果表明,2020年鄱阳湖单退圩累积分洪量为24.7亿m³,24 h降低水位最大达0.236 m,分洪时段集中在7月8日至17日,启用分洪48 h圩堤总分洪量占总分洪容量的40.3%,圩堤分洪效率有待进一步提高。单退圩启用与洪水过程存在一定关系,根据保护面积设置圩堤启用方案,湖口水位21.50 m(保护面积万亩以下,1万亩=6.67 km²)和21.68 m(保护面积万亩以上)为优选方案对应的水位,相应地分洪48 h最大降低水位、启用频率和年均损失分别为0.621 m、9.80%和2.516亿元。单退圩相关法律法规不完善,管理体制机制不健全直接影响圩堤分洪能力,地方发展导致分洪容量减少约2.0亿m³,且大部分圩堤分洪设施不能满足分洪效率要求。为了提升鄱阳湖单退圩的分洪能力,有效发挥其分洪缓冲作用,建议根据实际情况统一调整圩堤系统的分洪布局,同时建立协同运行调度决策机制,以应对未来鄱阳湖可能遭受的超标准洪水。

摘要:适宜生态流量是维持河流生态系统健康发展的重要条件。本文借鉴IHA指标体系,选用月均流量和年最大/小流量作为代表性指标,基于三峡工程运行前水文序列,采用RVA法分析三峡工程运行后荆江河段流量过程的改变度,并计算同时考虑流量和水位的适宜生态流量过程。结果表明,三峡工程运行后荆江河段流量过程整体改变度为0.51~0.56。荆江河段适宜生态流量过程包括:上荆江1—12月月均流量分别为7347、6918、7307、9145、13052、18307、26489、22928、21855、17445、12381、8830 m³/s,年最大流量为37800 m³/s,年最小流量为6157 m³/s;下荆江1—12月月均流量分别为4837、4818、5125、6700、10108、13363、19611、16731、15685、13277、8484、6003 m³/s,年最大流量为30550 m³/s,年最小流量为4359 m³/s;三峡工程运行后,上荆江河段适宜生态流量满足程度低于下荆江。研究成果能为长江经济带水安全保障及水生态修复技术提供科学参考。

摘要:大型水库运用后,金沙江下游水沙时空分布发生重大变化。本文基于金沙江下游干支流水沙观测资料,分析了下游流域水沙时空分布特性。1954—2021年,金沙江下游径流主要来源为金沙江中游及雅砻江,两者年均径流量为1150.73亿m³,占总来水量的80.75%;年输沙量主要来自下游区间,其年均来沙量为9943.17万t,占总输沙量的48.12%。运用Mann-Kendall突变检验、R/S分析以及双累积曲线法,分析水库运用对金沙江下游水沙变化趋势的影响。结果表明:1954—2021年金沙江下游水库运用对年径流量变化趋势无明显影响,而对流域年输沙量影响显著。金沙江下游出口水沙关系在1998、2010及2012年发生突变,主要原因为雅砻江、金沙江中游、下游干流上大型水库的拦沙运用,导致下游出口含沙量由1.82 kg/m³逐步降低为1.31、0.86、0.01 kg/m³。利用金沙江下游干支流水沙关系及沙量平衡原理,分别计算局部区间水库拦沙对流域总减沙量的贡献度。1998—2009年二滩水电站建成运行,金沙江下游出口总减沙率为35.16%,雅砻江水库拦沙对下游总减沙贡献度为32.88%;2010—2012年金安桥等中游水电站运行后,下游出口总减沙率为51.43%,金沙江中游、雅砻江、三堆子至白鹤滩区间和白鹤滩至向家坝区间对下游总减沙贡献度分别为21.54%、23.10%、30.67%、24.69%;2013—2021年金沙江下游梯级水库运行后,下游出口总减沙率为99.37%,4个区间对来沙量减少的贡献度分别为19.64%、14.72%、12.34%、53.30%。

摘要:“引江济太”作为流域骨干调水工程,对贡湖湾湖流的影响一直受到较多关注。2022年夏季(8月25日-9月5日)和2023年冬季(1月18日-2月28日),在贡湖湾布设9个站点,开展“引江济太”和风场共同影响下的贡湖湾湖流运动特征研究。通过监测氯离子浓度分布来分析“引江济太”作用下江水入贡湖湾后输移规律,并建立数值模型,基于示踪粒子验证模型的可靠性。夏季和冬季贡湖湾垂向平均流速均呈现出河口区和交界断面区高、中间过渡区低的特点,河口区湖流主要受“引江济太”影响,中间过渡区、交界断面区湖流主要受风场影响。贡湖垂向平均流场可分为顺时针、逆时针、中间进两岸出、中间出两岸进4种类型。“引江济太”一定程度上会加快贡湖部分水域的流速,贡湖中轴线处流速的改善作用最为明显。