摘要:

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摘要:藻类与细菌之间存在多种互作关系，二者间的相互作用会影响水体初级生产力、藻类群落组成、藻类之间的竞争和演替以及藻类水华的发展等。藻菌间的多种紧密互作和代谢耦联对水体中碳、氮、磷、硫等多种生源要素的循环产生影响。在淡水生态系统中，蓝藻水华仍然是威胁水环境健康的重要因素，部分水体中形成了周而复始发生蓝藻水华的稳定状态。蓝藻与其附生细菌间的互作和代谢关联是蓝藻水华维持的关键，在水体碳氮循环中发挥了重要作用。本文综述了蓝藻与细菌间的互作对蓝藻生长、产毒、群体维持和多样性的影响以及影响藻菌互作的因素，综述了蓝藻藻际环境中碳氮相关功能微生物类群以及藻菌互作对水生态系统中碳氮循环的影响，分析了蓝藻群体颗粒、附着作用和环境因素(如温度、营养盐、新型污染物和铁硫磷元素等)对藻菌之间碳氮代谢关联和转化的影响及其对环境的反馈机制，并探讨了藻菌互作中碳氮转化过程与转化通量的主要研究方法，为深入了解蓝藻水华介导的藻菌互作机制和水体生源要素循环的微生物过程提供参考。

摘要:随着自动监测技术的快速发展，基于降雨径流事件开展农业面源监测成为可能。农业面源采样策略研究旨在通过合理设置采样时机和采样频率，提高径流事件的捕捉能力和效率。本文系统总结了农业面源输出特征和自动采样策略相关研究，结果表明：（1）小流域是农业面源输出的基本单元，污染物通常呈现出脉冲式输出特征；（2）基于降雨径流事件的农业面源自动采样策略包含基流采样频率、径流事件启动阈值、径流事件采样间隔、样品混合方式等基本要素，其中基流采样频率可通过概率统计公式计算，启动阈值多以实时监测的水位或者流量作为依据，采样间隔包括时间间隔（如15 min）和流量间隔（如5 mm）两种类型；（3）采样策略的负荷估算误差对启动阈值十分敏感，启动阈值设置不宜太高，流量间隔采样的负荷估算精度通常高于时间间隔采样，分散样模式的平均偏差低于混合样模式，混合样的平均偏差会随着混合数量的增加而扩大；（4）采样策略首先应考虑对径流事件的捕捉能力（如覆盖90%以上径流量）和污染负荷估算精度（与真实通量误差小于20%），监测目标、流域水文特征和生产生活因素等也需要综合考虑。当前，基于降雨径流事件的采样策略多以理想径流曲线为基础，对径流多峰、水质异步等复杂水文水质变化过程的应用可能具有一定的局限性，未来可在水质变化过程的精细化考虑、流域水文模型的深度耦合、环境要素信息的实时更新等方面对采样策略不断优化完善。

摘要:水生植被和藻类作为湖泊生态系统的主要初级生产者，对湖泊生态系统具有重要作用。在气候变化和人类活动的双重作用下，湖泊富营养化加剧，水生植被退化，藻类水华频发。开展湖泊水生植被群落和藻类水华的长期观测可为湖泊生态系统水生植被修复和藻类水华管控提供决策依据。本研究以太湖流域浅水湖泊长荡湖为研究区，基于1985—2021年的Landsat 5和8卫星数据，利用VBI（vegetation and bloom indices）草藻分类算法，开展了浮叶/挺水植被、沉水植被和藻类水华长时序时空演变分析。结果表明：36年来，长荡湖水生植被（包括浮叶/挺水植被和沉水植被）都呈现显著下降趋势，其中沉水植被下降趋势尤为明显，沉水植被从湖中心向岸边逐步退化，其覆盖度从1985年的75%下降至2021年的不足21%；自2011年起，长荡湖水生植被优势生活型从沉水植被转变为浮叶/挺水植被；2010年首次监测到水华发生，2020年和2021年连续两年均监测到湖中心有大面积水华。基于湖泊围网面积和气象数据分析发现，围网拆除是水生植被退化和优势生活型转变的主要因素。

摘要:增强归一化差异水体指数（augmented normalized difference water index, ANDWI）是一种新颖、稳健的水体指数，但在某些情况下ANDWI可能对表面聚集型水华的水体提取效果较差；因此，本文依据水体指数ANDWI的特点及富营养化水体指数（improved eutrophic water body index, MEWI）的构建思路，基于富营养化水体等地物的光谱特性，构造了修正的增强归一化差异水体指数（modified augmented normalized difference water index, MANDWI）。本文以不同季节、不同水华等级的太湖进行水体提取验证，将MANDWI与双红外水体指数（double infrared band water index, DIBWI）、MEWI、多波段组合水体指数（multi-band combination water index, MBCWI）和ANDWI进行对比，结果表明MANDWI适用于不同季节且具有较好的水体提取效果，随着水华等级提升，MADNWI仍具有较高的水体提取精度（总体精度为0.99,Kappa系数为0.98），而其他水体指数的提取效果较差。MANDWI的提出增强了遥感水体提取能力，对于水资源管理和保护具有重要意义，同时也为类似水体指数的构建提供参考。

摘要:本研究结合卫星遥感影像和机器学习的分类方法，监测到四川邛海在2022年2—3月发生了罕见的大面积藻类水华，初步从气温、风速、营养盐和水生植被分布等角度探究了此次藻类水华大范围暴发的可能原因。遥感监测显示，2022年2月18日，邛海开始出现水华，随后水华覆盖面积逐渐增大，到3月10日，水华面积达到最大（13.67 km²），占总水面面积的50.63%，此后水华面积逐渐降低，3月19日开始没有监测到明显的水华。基于模拟数据发现邛海在1985—2022年间，湖泊水温每十年增加0.14 ℃，并且水温与水生植被的面积呈现明显负相关。相比于2000s，2010—2020年邛海氮磷营养盐浓度没有明显上升且波动幅度变小。但水生植被（尤其是沉水植被）面积退化严重，水生植被面积每十年约减少0.19 km²，沉水植被面积每十年约减少0.10 km²。分析表明，从宏观来看，在气候变化、水位上升的多重胁迫下，水生植被加剧退化，浮游植物更容易取得优势地位。2022年2—3月气温快速上升，风速较低且缺乏降雨等气象条件也有利于藻类水华的形成，水温持续性上升促进了水体分层，为浮游植物生长提供了有利条件。但邛海偶发性的大面积藻类水华形成的深层次原因还需进一步探究。在未来气候变化情景下，对于邛海这类相对清洁的水体，藻类水华风险也将持续存在并值得高度关注。

摘要:随着气候变化和人类活动的增加，全球湖泊富营养化日趋加重，湖泊中蓝藻水华频繁发生。湖泊作为全球碳循环的热点区域，一方面通过浮游植物光合作用固定大气中的二氧化碳（CO₂），另一方面又通过有机物的降解向大气中排放CO₂和甲烷（CH₄）。目前关于蓝藻水华对湖泊沉积物-上覆水系统中碳的源汇效应的研究主要集中于藻类死亡降解对含碳温室气体排放的影响，但对藻类光合作用固定大气中CO₂效应的研究较少，因此蓝藻水华引起的湖泊碳的源汇效应尚不明确。本研究于2023年夏季采集太湖竺山湾的表层沉积物构建沉积物-上覆水系统，添加不同生物量的蓝藻，进行室内恒温水浴培养模拟实验，定期封闭培养柱，采集顶空气体样品，测定气体中CO₂和CH₄浓度及碳同位素丰度，研究蓝藻生长和衰亡对CO₂和CH₄产生途径及排放通量的影响。结果表明，蓝藻生长与衰亡阶段分别呈CO₂吸收和排放状态，CO₂排放通量随初始蓝藻添加量的增加而增加。蓝藻生长阶段CO₂排放通量呈负值，藻类固定CO₂；蓝藻衰亡阶段CO₂排放通量随着蓝藻的死亡分解逐渐增加，在第25天达到稳定。蓝藻生长阶段的CH₄排放通量为(0.022±0.011)~(3.159±0.51) μmol/(m²·h)，在第7天达到峰值：蓝藻衰亡阶段的CH₄排放通量显著升高，达到(0.219±0.017)~(9.783±0.215) μmol/(m²·h)，并在第20天达到峰值。将CH₄换算为CO₂当量(CO₂-eq)，各处理组总的CO₂-eq排放通量在蓝藻生长阶段表现为“碳汇”（-451.82~-113.28 mmol/(m²·h))，而在蓝藻衰亡阶段表现为“碳源”（35.46~196.86 mmol/(m²·h)）。整个实验周期净CO₂-eq排放通量为-746.71 mmol/(m²·h)，表现出强烈的碳汇效应。¹³C-CO₂和¹³C-CH₄稳定同位素结果显示，表观分馏因子α_C值均小于1.06，表明蓝藻生长和衰亡阶段CH₄产生途径以乙酸发酵为主。随着初始蓝藻添加量的增加，α_C逐渐减小，表明蓝藻提高了乙酸发酵途径在CH₄代谢中的占比。研究结果对于揭示蓝藻水华对富营养化湖泊碳循环与源汇效应的影响机制具有重要科学意义。

摘要:青藏高原湖泊受气候变化影响强烈，浮游植物作为湖泊生态系统的主要初级生产者对环境变化极为敏感，是认识青藏高原湖泊生态系统响应气候变化的关键。本研究于2019年7月-2021年9月对青藏高原72个湖泊敞水区浮游植物进行了调查，分析了湖泊浮游植物群落结构特征和主要驱动因素。本次调查共鉴定出浮游植物8门91属，各湖泊浮游植物生物量变化范围为1.01~8742.24 μg/L，大部分湖泊浮游植物生物量处于100~1000 μg/L水平。青藏高原湖泊浮游植物主要为硅藻门和绿藻门，硅藻门藻类在35个湖泊中占比超过50%，绿藻门藻类在18个湖泊中占比超过50%。青藏高原湖泊浮游植物优势属为小球藻属（Chlorella）、卵囊藻属（Oocystis）、舟形藻属（Navicula）和小环藻属（Cyclotella）。在属水平，浮游植物丰富度指数变化范围为1~25属，平均值为8.60属；均匀度指数的变化范围为0.08~0.93，平均值为0.55；辛普森指数的变化范围为0~0.87，平均值为0.53；香农-威纳指数范围为0~2.39，平均值为1.16。Mantel test与RDA分析结果显示，盐度和电导率是青藏高原湖泊浮游植物群落结构差异的主要驱动因子，气温和pH是浮游植物生物量差异的主要驱动因子。本研究结果增强了对青藏高原湖泊浮游植物的认识，可为了解青藏高原湖泊生态系统对气候变化和人类活动的响应提供参考。

摘要:滨海湿地是全球气候变化与人类活动的敏感区和脆弱区。为探究滨海湿地浮游植物群落时空差异及影响因子，本研究在上海鹦鹉洲湿地与外围城市河道共设置14个采样点分4个季节进行浮游植物样品采集，共鉴定浮游植物7门97种，硅藻门和绿藻门种类最为丰富。鹦鹉洲湿地与外围河道共有种有61种（占总种类的62.9%），湿地特有种19种、外围河道特有种17种。种类数的季节差异显著，表现为夏季（89种）＞冬季（68种）＞秋季（49种）＞春季（42种），四季共有种23种，夏季特有种12种，其他季节特有种仅2~3种。从生物量来看，鹦鹉洲湿地浮游植物群落类型比外围河道表现出更多样的季节演替：湿地从春季到冬季表现为硅藻-蓝|裸|甲藻-隐藻-裸|绿藻的演替规律，而外围河道则表现为隐|硅藻-蓝藻-隐|硅藻-隐|硅藻的季节演替规律。鹦鹉洲湿地浮游植物主要优势种为细小隐球藻（Aphanocapsa elachista）、尖尾蓝隐藻（Chroomonas acuta）；外围河道主要优势种为啮蚀隐藻（Cryptomonas erosa）、尖尾蓝隐藻、细小隐球藻、歪头颤藻（Oscillatoria curviceps）以及颗粒直链藻（Melosira granulata），优势种季节更替明显。水温、溶解氧、透明度、盐度及营养盐是影响上海鹦鹉洲湿地及外围河道浮游植物群落分布最主要的环境因子，其中盐度是区分湿地与河道浮游植物群落的关键因子，水温与氨氮是区分四季浮游植物群落的关键因子。变差分解显示，环境因子对功能离散度（FDiv）的解释率（18.8%）显著高于对Shannon-Wiener多样性的解释率（10%），表明环境对物种生态位的筛选强于对物种个体的筛选。受环境影响不显著的功能均匀度（FEve）却受时间因子的显著影响，可能与季节更替过程中气象条件、水体生态系统营养级结构的变化、浮游生物群落季节性演替过程中种间关系等因素有关。功能丰富度（FRic）表明秋季是四季中浮游植物群落抗干扰能力最弱的季节，且湿地的抗干扰能力显著强于河道。环境因子对FRic的解释量（41.2%）显著高于对物种丰富度的解释量（16%），表明FRic的环境敏感性比物种丰富度高。本研究将对滨海区域生物多样性保护、生态系统功能恢复与管理提供科学依据。

摘要:人类围垦活动对环境的影响逐渐成为研究热点，但围垦活动对沉积物磷形态赋存特征及其释放风险的影响尚不明晰。深入探究这一问题对认识沉积物磷内源释放，加强区域水环境治理具有重要意义。本研究以江汉平原典型沉湖湿地为例，在连续提取湖区（G1）和围垦区（G2）沉积物磷形态的基础上，对比识别影响沉积物磷赋存形态的重要因素，并结合等温吸附热力学实验分析沉积物磷的释放能力。结果表明：（1）人类围垦对沉积物磷形态的影响主要集中在生物有效磷上。围垦后沉积物含水率下降，导致G1和G2沉积柱中可交换态磷存在极显著差异；低pH和高氧化还原环境使铁氧化物中无定形氧化铁向结晶态氧化铁转化增加，造成沉积物对铁结合态磷（Fe-P）吸附减弱，G2沉积柱中Fe-P空间异质性更强（含量是G1的1.52倍）；围垦后人类活动复杂，有机磷在表层大量累积（占总磷含量的51%），新鲜度指数表明期间存在更剧烈的微生物作用。（2）吸附热力学实验表明，相同沉积环境下，G2钻孔沉积物平衡吸附量和吸附饱和度仅为0.726 mg/g和10.6%，低于G1沉积物；平衡吸附浓度为0.378 mg/L，高于G1沉积物。说明围垦后沉积物中磷的释放风险增加，“磷源”特征更加明显，建议在此类区域加强对内源磷的管理。

摘要:解磷菌（phosphate-solubilizing microorganisms，PSM）在沉积物磷释放过程中发挥着重要的作用，但在湖泛发生过程中，沉积物中PSM对磷释放的影响以及PSM对湖泛的适应机制尚不清楚。本研究以太湖为研究对象，分别在湖泛期和非湖泛期采集了上覆水和沉积物样品，并测定样品中主要理化因子。通过基于16S rRNA基因的Illumina高通量测序研究沉积物中微生物群落结构特征，比较湖泛期与非湖泛期沉积物中PSM种群结构的差异，并利用微生物网络共现图揭示了PSM与其他微生物之间的相互关系。研究结果表明，相较于非湖泛期，湖泛期上覆水中总磷和磷酸盐浓度提高了10倍以上。湖泛期沉积物中PSM的相对丰度约是非湖泛期的7倍。在湖泛期，沉积物中的PSM以不动杆菌属（Acinetobacter）、鞘氨醇杆菌属（Novosphingobium）和黄杆菌属（Flavobacterium）为主，非湖泛期沉积物中PSM分布较少，主要为鞘氨醇杆菌属、黄杆菌属和固氮杆菌属（Azotobacter）。相关性分析结果表明，不同的PSM对各种形态磷的释放影响存在差异，PSM与有机磷（Org-P）、铁结合态磷（BD-P）和钙结合态磷（Ca-P）的相关性系数均小于-0.627，且主要磷释放对象为Ca-P和Org-P。微生物网络分析表明湖泛期PSM的正相关邻节点主要为反硝化细菌和发酵菌，负相关邻节点主要是铁还原菌和硫酸盐还原菌，这说明PSM在磷释放过程中与反硝化细菌及参与有机质代谢的发酵细菌进行协作，而与铁还原菌和硫还原菌存在一定的竞争关系，在湖泛环境下PSM与多种微生物共同作用促进了沉积物内源磷的释放。综上所述，PSM能够调整群落结构及其相关细菌的相互作用来应对湖泛的发生。本研究结果有助于进一步认识PSM对沉积物磷释放及对湖泊环境变化的适应过程。

摘要:淡水养殖池塘溶解性有机质(DOM)的光化学过程具有重要的环境效应，其具体过程尚不清楚。本文利用光谱和分子探针技术探究太湖流域2个典型淡水养殖池塘(中华绒螯蟹塘和克氏原鳌虾塘)DOM在不同光辐照强度下的光化学行为。通过紫外吸收光谱和三维荧光光谱技术揭示了养殖池塘DOM组分性质随光辐照时间的变化过程，分子探针技术定量DOM光化学过程产生的光敏活性中间体(PPRIs)——³DOM^*、¹O₂和·OH的生成速率、稳态浓度和量子产率。结果表明，淡水养殖池塘DOM可分离出2个类腐殖质组分(C1和C2)和1个类蛋白组分(C3)，淡水养殖池塘DOM腐殖化程度低，强自生源特征明显，兼具陆源与内源属性。中华绒螯蟹塘溶解性有机碳浓度和富营养化程度以及DOM各荧光组分强度均高于克氏原鳌虾塘。淡水养殖池塘DOM的组分性质在不同光辐照强度下的变化存在差异。低光辐照强度下，DOM各组分性质均无明显变化，但高光辐照强度下，淡水养殖池塘DOM的荧光强度、分子量、芳香性和疏水性随辐照时间的增加而下降。中华绒螯蟹塘DOM中C1、C2和C3荧光组分的光降解速率分别为0.014、0.007和0.021 h^-1，均高于克氏原鳌虾塘DOM对应组分光降解速率(0.012、0.004和0.02 h^-1)，C3组分占比小但表现出更强的光化学活性。PPRIs的生成潜能随着光辐照强度的增加而增加，中华绒螯蟹塘DOM在高光辐照强度下³DOM^*、¹O₂和·OH生成速率分别为1.41×10^-8、1.32×10^-8和5.52×10^-12 mol/(L·s)，高于克氏原鳌虾塘DOM对应PPRIs的生成速率(9.77×10^-9、6.34×10^-9和2.50×10^-12 mol/(L·s))。本研究为丰富淡水养殖池塘DOM环境行为机制和防控养殖池塘有机污染物提供理论支撑。

摘要:洱海作为一个受人类活动影响强烈的典型湖泊，经历了富营养化和人为生态修复的过程，其碳库特征和碳循环模式可能随之改变。溶解性有机质(DOM)是湖泊有机碳循环过程的直接参与者，不同来源DOM具有不同的生物地球化学过程和归宿。因此，研究洱海水体DOM的组成和来源特征，有利于更好地理解湖泊富营养化和环境修复过程的有机碳循环模式。本研究以洱海中北部4个区域的水柱为研究对象，利用稳定碳同位素、紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术，解析洱海中北部水体DOM浓度、组成和来源的空间分布特征，并探究其地球化学指示意义。研究结果表明，洱海中北部水体DOM浓度整体稳定，变化范围为4.21~4.66 mg/L(均值为(4.37±0.12) mg/L)。对比洱海早期DOM浓度结果发现,周期性的富营养化对DOM表现出季节性波动但长期不断积蓄的特征；与云南其他高原湖泊相比，洱海DOM浓度处于中等水平，DOM浓度记录了湖泊生产力的强度并与营养类型有一定的响应关系。洱海中北部水体稳定碳同位素变化范围为-26.8‰~-26.2‰(均值为-26.4‰±0.2‰)，吸光系数a₃₅₅值、紫外吸光度SUVA₂₅₄值、荧光指数FI值和自生源指数BIX值变化范围分别为1.36~2.58 m^-1(均值为（1.78±0.33）m^-1)、3.10~3.38 L/(mg·m)(均值为（3.20±0.08）L/(mg·m)、1.57~1.69(均值为1.64±0.03)和1.13~1.34(均值为1.19±0.06)。稳定碳同位素和光谱参数结果表明有色溶解性有机质、荧光溶解性有机质和总DOM在来源上存在一定的相似性，受到浮游藻类等内源物质和陆源腐殖类有机物输入的共同影响；对比其他湖泊发现光谱参数的绝对值主要用于判断水体DOM的整体背景特征，参数波动则可能表征了水体DOM的变化。空间分布上，近岸区域具有较高的新鲜内源DOM输入，与北部农业活动导致的近岸初级生产力提升有关；湖心区域内源DOM对水体的贡献逐渐减弱，水体更多体现为腐殖化更强的残留DOM特征。水柱变化上，近岸区域的水柱有机碳降解较快，表层富营养化产生的内源DOM在水柱过程会被一定程度地消弭，最终导致近岸区域深层水的DOC浓度和其他点位的差异相对于表层水变小；湖心区域受控于多因素的共同影响，但DOM特征总体变化不大。因此，洱海富营养化导致的初级生产力对水体DOM碳库有直接贡献，但这种效应主要体现在表层水体，对湖泊水体长期碳汇的影响可能并不显著，而DOM的性质除了受到初级生产力和有机质来源的影响之外，地理、水文、生态环境等属性对DOM的影响也不容小觑。

摘要:在长江大保护和国际湿地保护背景下，为探究洪湖水生态环境变化特征及原因，本研究于2019—2023年间对洪湖水质、沉积物参数、沉水植物盖度和浮游植物生物量开展4次野外调查研究。结果发现，（1）调查期间洪湖水体透明度（SD）逐年降低，退垸施工期间洪湖水体SD呈现从中南湖心区域向岸边递减变化特征。（2）洪湖水环境氮磷营养盐污染水平较高，水体总氮（W-TN）和氨氮浓度整体虽呈下降趋势，但水体总磷（W-TP）平均浓度从（0.06±0.04）mg/L升高至（0.19±0.06）mg/L，沉积物总磷含量升高32%，沉积物总氮、总磷含量表现出退垸期间减少、退垸后增加的变化特征。空间分布上，洪湖W-TN、W-TP浓度均呈现从西北区域四湖总干渠入湖口向东南方向递减趋势。（3）洪湖水生态系统退化趋势明显，2019年4月洪湖分布有菹草（Potamogeton crispus L.）、穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum L.）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum L.）等沉水植物，2020年10月调查结果显示敞水区沉水植物基本消失，叶绿素a平均浓度由（13.92±7.74） μg/L升高至（62.64±19.52） μg/L，并以丝状蓝藻为优势种。主成分分析显示，TN和TP始终是影响洪湖水生态环境状况的主要驱动因素，SD于2023年5月成为洪湖新增关键影响因子。上游来水氮磷营养贡献、退垸后水动力过程导致的围垸内污染物迁移以及风浪对底质的扰动是驱动洪湖水生态环境变化的重要原因。

摘要:随着梯级水库的持续开发，大坝泄流产生的过饱和总溶解气体在河道内难以消散，这将导致鱼类患气泡病甚至死亡，因此开发大坝下游总溶解气体预测模型对保护生物多样性具有重要意义。本文收集美国哥伦比亚河上3个大坝监测站点的日监测数据（水温、气压、流量、大坝溢流以及总溶解气体饱和度），在此基础上利用BP神经网络、随机森林以及提升树3种机器学习算法预测总溶解气体饱和度，并对3种算法的预测性能进行评价和对比。研究发现，随着具有显著性相关性的输入变量个数增加，各模型预测性能呈上升趋势，且不同模型受输入因子的影响不同。在最佳输入变量方案下，随机森林（平均绝对误差(MAE) =1.273%,均方根误差(RMSE)=1.775%, R²=0.952）和提升树（MAE=1.268%, RMSE=1.622%, R²=0.960）的预测性能最佳。在模型验证阶段，提升树模型可以将预测值与实测值的平均相对误差控制在2.4%以内。本研究所构建的模型能够快速准确地预测大坝泄流期间下游河道内总溶解气体饱和度，有助于提前评估过饱和风险，及时调整排放调度方案，对于局部鱼类保护区提前采取防护措施，从而减少总溶解气体对水生生态的影响。研究结果可为深入开展基于机器学习的总溶解气体预测模型提供一定的参考价值。

摘要:河流碳是全球碳循环中的重要组成部分，也是流域内发生的各种自然过程和人类活动的记录载体。梯级水库建设强烈改变河流的自然状态和物质输送，但其对高寒地区河流碳迁移转化过程的影响尚未进行过充分研究。本研究选择澜沧江自然河道及其下游梯级水库河水断面，调查分析了河水基本理化参数、各形式河流碳及其稳定碳同位素的昼夜变化特征，并通过不同断面间的对比研究，揭示了河流碳在自然河道-梯级水库连续体内的迁移转化过程、通量变化及梯级水库对其带来的影响。结果表明，库区水体中的颗粒有机碳浓度较自然河道大幅降低，反映了梯级水库对颗粒态物质的巨大拦截作用（98%悬浮物被拦截）。溶解无机碳与溶解有机碳在自然河道与库区断面的浓度和通量均未发生明显变化，说明梯级水库对河流溶解态物质影响较小。水体二氧化碳分压(pCO₂)显示出由自然河道（平均值为689 μatm）向库区（平均值为587 μatm）降低趋势，且在冬季下降幅度更大。溜筒江水文站和功果桥水库两个河水断面的水体物化参数、碳浓度及其稳定碳同位素组成均无显著昼夜差异，且溶解氧与水体pCO₂未出现协同变化，说明河流内部水生生物光合作用较弱。结合稳定碳同位素数据指示河流碳来源组成变化及河流碳通量变化，可以推断河流有机碳被大量埋藏在水库底部从而削弱了水体内部有机碳氧化分解过程，并导致库区表层水体pCO₂下降。水体营养元素浓度低、水库建成时间短、流量调节频繁等因素是库区水生生物光合作用弱、对河水化学和碳循环影响小的重要原因。可见，澜沧江水库建设导致河流有机碳沉积量大幅增加，同时CO₂排放量大幅降低，因而具有净碳汇效应。

摘要:长江禁渔后，鄱阳湖凶猛性鱼类资源恢复明显，探究其在自然环境中的食物组成对预测鄱阳湖鱼类资源发展趋势具有重要意义。本研究于2022年8—11月期间，在鄱阳湖5个采样点(都昌、南矶山、鄱阳、余干和进贤)使用三层流刺网共采集了240尾鲇、乌鳢、鳜、翘嘴鲌样品，并分别使用胃含物分析法和eDNA宏条形码技术对上述4种凶猛性鱼类的食物组成进行分析。胃含物分析结果表明，4种鄱阳湖凶猛性鱼类鲇、乌鳢、鳜和翘嘴鲌的摄食率较高，空胃率低。鱼类在4种凶猛性鱼类的食物组成中占比较高，其次为虾类。鲇、乌鳢、鳜和翘嘴鲌的食物分别由5类10种、4类15种、3类11种和5类12种饵料生物组成，其中相对重要性指数百分比最高的饵料生物分别为鲫、鲫、 和鲤；鲫、鲤、泥鳅和日本沼虾均在4种凶猛性鱼类的肠道内容物中出现。基于eDNA宏条形码技术的饵料生物种类组成与胃含物分析结果相似，分别在鲇、乌鳢、鳜和翘嘴鲌的肠道内容物中发现了7、5、6和6种饵料生物，其中相对丰度最高的饵料生物分别为鲤、鲤、鲤和鲢。此外，本研究发现新的饵料生物存在，即团头鲂、似鳊、贝氏 和黑尾近红鲌，这4种鱼并未在胃含物分析结果中检出。综上，长江禁渔后鄱阳湖的凶猛性鱼类的食物来源充足，食性范围广泛，其中鱼类是其主要的食物来源，其次为虾类。同时，胃含物分析法与eDNA宏条形码技术的结合能够更好地探究鱼类的食物组成，是综合分析鱼类食性的有效途径。

摘要:在长江大保护的背景下，长江中下游洪泛湖泊经历了从集约化的围网养殖渔业向禁渔和多样性保护转型。长江中下游洪泛湖泊不仅支撑了较高的鱼类多样性，同时也是我国重要的渔业生产基地，统筹和协调生物多样性保护和渔业可持续发展需要厘清鱼类多样性和群落稳定性的关系。本研究以长江下游升金湖为例，分别在围网拆除前（2017年）和围网拆除后（2019年）的丰水期和枯水期对鱼类群落进行系统的调查采集。本研究采用3种物种多样性指数（Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数）、3种功能多样性指数（FRic功能丰富度指数、FDis功能分散指数和FEve功能均匀度指数）和6种功能性状（最大体长、生长速率、寿命、初次性成熟时间、初次性成熟体长、营养级），从物种和功能两个维度探讨围网拆除前后鱼类群落稳定性水平和稳定性驱动因子的差异。结果表明：1）升金湖围网拆除前以鲢（Hypophthalmichthys molitrix）、鳙（Hypophthalmichthys nobilis）等物种作为主要优势种，围网拆除后优势种变为黄尾鲴（Xenocypris davidi）、翘嘴鲌（Culter alburnus）等物种。2）单因素方差分析结果显示围网拆除后鱼类群落多样性水平显著高于围网拆除前，群落稳定性显著低于围网拆除前。3)多元线性逐步回归结果显示围网拆除前鱼类群落稳定性与初次性成熟时间呈正相关，与生长速率呈负相关，这可能与围网拆除前占据优势地位的周期策略鱼类的功能性状有关；围网拆除后鱼类群落稳定性与生长速率呈正相关，与寿命和初次性成熟时间呈负相关，这可能与围网拆除后作为优势种的机会策略鱼类的功能性状有关。此外，围网拆除前和围网拆除后鱼类群落稳定性均与Pielou均匀度指数呈正相关，均匀度较高的群落可能通过物种间的保险效应去支撑群落整体的稳定。本研究分析和比较了围网拆除前和围网拆除后鱼类群落稳定和多样性的差异以及作用关系，可为升金湖和其他洪泛湖泊鱼类资源的保护和利用提供理论基础与数据支撑。

摘要:设计合理的鱼道进口补水角度及补水流量，营造适宜目标鱼类的水流条件是提高鱼道进口诱鱼效果的重要方式。本研究以短须裂腹鱼（Schizothorax wangchiachii）为实验对象，在2021—2023年开展不同补水方式（补水角度、补水流量）下黑水河松新鱼道进口诱鱼效果评估。结果表明：（1）在所有运行工况下，平行补水时鱼道进口平均吸引效率为26.47%，鱼道进口效率达58.89%；垂直补水时，鱼道吸引效率和进口效率分别为13.11%和56.25%；平行补水的诱鱼效果要略优于垂直补水的效果。（2）两种补水方式下58.50%的实验鱼在夜间到达鱼道进口，高于白天鱼道进口诱鱼效果。（3）为识别影响鱼类吸引时间和鱼道进口效率的关键因素，构建了多因素（昼夜节律、竖缝式鱼道流量、补水流量、实验鱼全长、水温、补水角度）的Cox比例风险回归模型和逻辑回归模型，结果表明：补水流量、补水角度和昼夜节律是影响鱼道进口鱼类吸引时间的主要因素。（4）结合短须裂腹鱼上溯时流量情况，当竖缝式鱼道进水口流量范围为0.16~0.58 m³/s、补水通道进水口流量为0.94~2.42 m³/s时鱼道进口诱鱼效果最佳。本研究结果有助于为引水式水电站过鱼设施的修建以及补水设施设置提供科学支撑。

摘要:为探究鲢鳙生态养殖水库中浮游动物群落结构的季节动态变化及其驱动因子，本研究于2023年4月、7月、10月和2024年1月对三河水库浮游动物群落结构和环境因子进行了调查分析。共采集到浮游动物16科57种，其中轮虫45种，桡足类9种，枝角类3种。春季、夏季和秋季浮游动物的优势种均以轮虫为主，冬季浮游动物的优势种转为桡足类。不同季节之间浮游动物的丰度和生物量差异显著（P=0.001），春季丰度（245.22 ind./L）和生物量（1.40 mg/L）最高，夏季丰度（57.22 ind./L）和生物量（0.37 mg/L）极低，显著低于其他季节（P＜0.001）。非度量多维尺度分析和群落相似性分析揭示三河水库浮游动物群落具有显著季节差异（Global test: R=0.63, P=0.001）。蒙特卡洛检验发现叶绿素a、溶解氧、水温和氨氮是影响浮游动物群落结构的主要环境因子。此外，本研究进行了鱼类前肠内含物分析及鱼类放养和渔获数据分析，结果表明生态养殖水库中鲢鳙的滤食压力直接驱动了浮游动物群落结构的变化。

摘要:河流具有独特且复杂的树枝状等级性网络拓扑结构，使得河流连通性和生境异质性在不同河网位置上存在明显差异。长期以来，河流生态系统通常被视为局部或线性结构进行研究，忽略了河网位置对群落构建等生态过程的影响。本研究以具有复杂网络结构和自然流态的赤水河为研究区域，探索了河流网络位置对底栖动物α、β多样性和群落构建过程的影响。其中，α多样性使用物种数、Shannon-Wiener多样性、Simpson多样性和Pielou均匀度指数来度量；β多样性使用Sørensen相异性指数(β_sør)和Bray-Curtis相异性指数(d_BC)来表征，并将其分割为置换和嵌套两种组分；群落构建过程采用冗余分析和变差分解来实现。结果显示：1) 赤水河全流域底栖动物群落主要受环境过滤驱动；2) 河流网络位置塑造着赤水河底栖动物的多样性格局和群落构建过程。河网中心的干流底栖动物群落主要受环境过滤的影响，而河网边缘的支流底栖动物群落则受到空间限制和环境过滤的共同作用，该发现质疑了河流网络位置假说(network position hypothesis, NPH)在赤水河流域的适用性；支流的α多样性明显高于干流，而干流的β多样性则显著高于支流；β多样性主要由置换组分构成，这表明尽可能多地保护不同位点和生境是维持底栖动物物种多样性的重要举措。本研究有助于深入理解复杂河网影响下底栖动物的物种共存和维持机制，为提出适用于我国亚热带季风区河网的新假说提供视角，为长江上游水生生物保护区选址和设计提供参考和依据。

摘要:在气候变化和人类活动的影响下，鄱阳湖水文节律发生变化，表现为枯水位降低、枯水期的延长，此外，相继出现了2020年的洪水和2022、2023年的持续干旱等事件。这种变化对洲滩植物的生长和繁殖产生了深刻的影响。本研究以鄱阳湖洲滩优势植物灰化薹草(Carex cinerascens)为研究对象，设置提前退水30 d、提前退水15 d、正常退水、推迟退水15 d、推迟退水30 d共5个退水时间梯度，观测灰化薹草生长和繁殖过程的变化。结果表明：（1）不同退水时间灰化薹草株高存在显著差异。相对正常退水，提前退水灰化薹草株高显著增加，而推迟退水则显著降低；此外，退水时间改变对地上生物量的影响因季节而异，秋季地上生物量随退水时间推迟显著降低，而春季则无显著性影响；随着退水时间推迟，春季和秋季的地下生物量均降低，从而导致春、秋季生物量分配的差异。（2）不同退水时间对薹草秋草生长阶段的无性繁殖存在显著影响，提前退水显著增加了灰化薹草的分蘖数、间隔子的数量和长度，推迟退水则抑制了植物分蘖，此外，随着退水时间推迟，间隔子的数量和长度显著降低；提前退水和推迟退水均影响春季开花株数和花穗数量，然而相对于推迟退水, 提前退水对其影响相对较小。研究结果为变化水情下湿地优势植物的保护和管理提供了理论基础。

摘要:揭示水资源承载力系统多个指标之间的动态耦合关系及其耦合水平对于提高区域水资源的可持续利用水平和保障经济社会的稳健发展至关重要。本文将水资源承载力系统划分为水资源、社会、经济和生态环境4个子系统并从中选取16个代表性指标；采用回归系数和相关系数共同划分指标间耦合关系的类型，最后基于滑动窗口法和网络分析法揭示多个指标之间耦合关系的动态变化趋势以及水资源承载力系统的耦合水平。以甘肃省为例，结果表明：甘肃省水资源承载力系统经历了耦合-解耦-再耦合的关联模式，且在2015年之后，正向协调关系的强度显著提升，而权衡关系和负向协调关系的影响则明显减弱；正向协调关系中的关键指标为水资源开发利用率、城镇化率、灌溉亩均用水量和人均GDP，其对正向协调关系的推动作用整体上随时间增强。权衡和负向协调关系中多数关键指标对这两种关系的推动作用随时间先增强后显著减弱，但人均日用水量对权衡仍有较强的推动作用，在未来水资源管理中应予以重点控制；水资源承载力系统指标关联的模块由7个降低为5个，表明系统耦合水平虽有所提高仍有提升空间。研究思路可为客观全面地分析系统的耦合协调提供新的有效途径。

摘要:1980s以来土地利用变化及水库调控作用对赣江上游洪水形成过程产生了较大影响，解析洪水过程对下垫面变化的响应对防洪减灾意义重大。本文以赣江上游平江流域为例，根据下垫面差异将1981—2021年划分为1981—1992年、2000—2010年、2011—2021年3个时期，分别记为85时期、05时期及20时期，采用情景分析法设置不同时期土地利用和水库调控情景，通过构建MIKE SHE模型并模拟各种情景下的洪水过程，进一步分析土地利用变化及水库调控对洪峰、洪量及峰现时间的影响程度。结果表明：85时期至20时期，平江流域草地、耕地分别减少3.49%和1.72%，林地、建设用地分别增加3.98%和1.41%。受土地利用变化的影响，20时期对比85时期洪水过程洪峰减少6.14%、洪量减少7.03%，峰现时间延后1.5 h，洪峰、洪量、峰现时间在下垫面变化的影响中分别占48%、50%及51%；水库调控对洪水过程发挥削峰错峰作用，洪峰降低6.60%，洪量减少5.72%，峰现时间增加12.29%，在洪峰、洪量及峰现时间变化中的贡献度分别为52%、50%及49%。土地利用变化一定程度上降低洪峰和洪量，而峰现时间延迟程度存在明显差异，其中大洪水、中洪水响应程度低于小洪水，与用地扩张及植被覆盖增长的土地利用转换机制有关；在水库调控影响下，大洪水洪峰和洪量敏感性最强，中洪水次之，小洪水相对弱，大、中、小洪水峰现时间都有延迟但相差不大。本研究分析了水库调控与土地利用变化对洪水过程的影响程度，可为流域洪水预报提供科学参考。

摘要:不同区域具有不同的地理和气候条件，对于极端降雨的影响规律不尽相同；深入、准确地剖析太湖流域极端降雨对城镇化进程的响应规律，对于预测和减轻未来极端天气事件的潜在影响至关重要。因此，本研究通过考虑区域异质性，构造了城市、乡镇、农村不同地区、不同类型的城镇化因子矩阵；将位置参数建模为随气候变化因子、本地因子、邻近城市因子和邻近乡镇因子变化的函数，构建了反映不同地区、不同速度的城镇化进程对极端降雨影响的时变广义极值分布模型，揭示了太湖流域极端降雨对城镇化的响应规律。结果显示：不同模型的对比表明有必要在极端降雨模型中考虑气候变化和城镇化的影响，且不仅要考虑本地城镇化的影响，还要考虑周围地区城镇化的影响；受城镇化的驱动影响，太湖流域极端降雨的量级整体增大，且更为集中；城镇化的影响使得太湖流域极端降雨量级的重现水平在城市区域增加36.0%、乡镇区域增加25.2%、农村区域增加31.6%，极端降雨累积强度的重现水平在城市区域增加16.8%、乡镇区域增加35.2%、农村区域增加24.4%。本研究考虑区域异质性，构建了一个全面反映不同地区、不同速度的城镇化对极端降雨影响的评估框架，深化了气候变化、城镇发展与极端降水交互作用的认识，为制定更为精准的气候适应策略及城市规划提供了科学依据。

摘要:梯级水库运行已成为人类活动中的主要影响因素，为定量评估水库（群）运行导致的下游河道水文情势的变化，本文基于传统RVA法提出了改进的水文改变度评价方法，并以受梯级水库群影响较大的长江宜昌至大通河段为典型研究区域，对同一时段水库运行前后各站点水文情势变化进行了分析。结果表明：与传统RVA法对比，宜昌站整体改变度增高了8%，为高变化度；大通站整体改变度降低了12%，为低变化度；宜昌-大通站整体改变度符合水库影响沿程逐渐减弱的规律；水库(群)影响主要表现为蓄丰补枯，改进水文改变度法中18个指标改变度较传统RVA法变幅更大，能够更好地反映梯级水库运行对下游水文情势的影响。该研究可为后续研究受水库运行影响下流域水文情势分析以及流域水库生态调度提供技术支撑。

摘要:针对水文资料缺乏流域机器学习模型建模困难的问题，本文提出了基于长短期记忆神经网络（LSTM）的区域化洪水预报方法。对水文气候相似区内各流域的水文及地形地貌特征数据进行归一化处理，以消除局地因素的影响，从而构建相似区内建模统一数据集，扩大样本数量，为建立乏资料流域洪水预报模型提供了可能。本文选择胶东半岛作为研究区进行应用研究。为验证区域化模型在不同场景中的应用效果，设计了预报流域数据不参与建模，而仅根据区域内其他流域资料建模（区域化模型Ⅰ），以及预报流域的部分数据参与建模（区域化模型Ⅱ）两种情景；此外，选取仅根据预报流域数据训练的单流域模型作为基准模型进行对比分析。结果表明，对本次研究的水文资料短缺流域，两种区域化模型均取得了较好效果，且都优于单流域模型。相较而言，考虑了预报流域数据的区域化模型精度更高，说明在区域化LSTM构建中融入预报流域的数据，可进一步提升区域化模型的精度。研究成果可为乏资料地区的洪水预报提供参考。

摘要:研究三峡库区流域内降水来源，对于揭示三峡库区生态系统水分循环过程对流域极端干旱的响应机制具有重要意义。根据三峡库区2022年8月的实测大气水汽和8—10月的降水稳定氢氧同位素组成以及相关气象资料，明确了三峡库区的水汽输送特征，运用同位素三元混合模型估算了再循环水分（即地表蒸发和蒸腾水汽）和平流水汽对三峡库区上、中、下各段区域降水的贡献比例。结果显示：2022年8—10月，水汽通道方向由西南至东北，平流水汽团沿着库区山脉从上游至下游输送。9—10月期间，三峡库区中段的植被蒸腾(P_tr)、地表蒸发(P_ev)和来自库区上段的平流水汽(P_adv)对中段降水的平均贡献分别为35.4%±4.8%、0.2%±4.9%和64.4%±9.6%；三峡库区下段的P_tr、P_ev和来自库区中段的P_adv对下段降水的平均贡献分别为27.9%±4.8%、0.8%±3.9%和71.3%±8.6%。在高温干旱最为突出的8月份，三峡库区中段的P_tr、P_ev和来自库区上段的P_adv对中段降水的平均贡献分别为60.9%±3.3%、2.2%±3.7%和36.9%±6.6%；三峡库区下段的P_tr、P_ev和来自库区中段的P_adv对下段降水的平均贡献分别为16.5%±1.8%、2.6%±2.0%和80.9%±3.8%。西南风输送的平流水汽是库区降水的主要来源，库区各段再循环水分主要由植被蒸腾组成，地表蒸发贡献微弱。2022年8月降雨比历年同时期减少，导致降水水汽团同位素在库区下段产生轻微富集。此外，极端的高温干旱加速了库区中上段的水分循环，增强了再循环水分在库区中段降水中的主导作用，削弱了库区下段植被蒸腾对局地降水的贡献。

摘要:选择我国长江下游平原浅水湖泊升金湖86 cm沉积岩芯为研究对象，在可靠深度-年代模型基础上，通过沉积物质量累积速率(SAR)和总有机碳(TOC)含量计算升金湖过去千年有机碳埋藏速率变化；利用C/N与正构烷烃指标指示升金湖有机碳来源变化，并结合升金湖流域气候环境与人类活动历史记录探究该湖近千年有机碳埋藏的影响因素。研究结果表明：升金湖过去千年有机碳埋藏速率呈增加趋势，平均有机碳埋藏速率约为24.77 g/(m²·a)，总有机碳储量约为3.33 Tg (1 Tg=10¹² g)。根据升金湖有机碳埋藏速率变化特征，本研究将其划分为4个阶段：阶段Ⅰ：1000—1350 A.D.，有机碳埋藏速率较低但波动较大；阶段Ⅱ：1350—1600 A.D.，有机碳埋藏速率有所下降，为近千年来的最低水平；阶段Ⅲ：1600—1850 A.D.，升金湖有机碳埋藏速率迅速上升后，保持在较高水平；阶段Ⅳ：1850—2000 A.D.，升金湖有机碳埋藏速率继续上升，达到近千年来最高水平。进一步研究发现，升金湖有机碳埋藏速率主要受TOC含量的影响，与质量累积速率相关性较弱；阶段Ⅰ(1000—1350 A.D.)与阶段Ⅱ(1350—1600 A.D)沉积物有机质主要来源于内源水生植被，沉积环境以自然沉积为主；TOC含量增加推测与降水增多、温度下降有关，因此自然因素是此阶段湖泊有机碳埋藏速率变化的主控因素。阶段Ⅲ(1600—1850 A.D)与阶段Ⅳ(1850—2000 A.D.)沉积物有机质主要来源于外源陆生高等植被，沉积环境受人类活动影响更为强烈，如流域人口大量增长、耕地面积增加、化肥农药使用频繁等，给湖泊流域带来了大量的有机质输入，进而显著影响湖泊有机碳埋藏速率的变化。

摘要:在气候变化与人类活动的影响下，鄱阳湖洪涝灾害和干旱频发，严重影响鄱阳湖流域的生态环境。本研究旨在通过雷达遥感技术，准确监测鄱阳湖水域面积全天候的时空动态变化，为鄱阳湖水资源评估和旱涝灾害预警提供科学依据。基于2014—2023年Sentinel-1影像，分别利用单波段阈值法、双极化水体指数以及谱间关系法，结合最大类间方差法自适应确定阈值提取水体，通过精度评价，选定最优提取方法，应用于全天候鄱阳湖水域面积提取。结合星子站、湖口站水位数据，揭示水位变化与湖泊水域面积关系，得到鄱阳湖全天候水位-面积逐日数据集，该数据集包括2014—2023年共424期鄱阳湖水域栅格数据、水域面积汇总数据以及星子站、湖口站水位数据，数据集存储为.tif、.xlsx格式。同时，利用湖泊水域面积时间序列曲线的扰动事件识别方法，识别2020年和2022年面积突变的主要因素。结果表明：谱间关系法结合最大类间方差法的阈值分割法的提取精度最优(总体精度＞95%)；2016—2023年间，鄱阳湖的水域面积呈现显著的年内变化，主要集中在河道以及湖中部。水位与面积变化总体趋于一致，水位≥14 m时，水位变化与湖泊水域面积变化呈现显著正相关。从湖泊时间序列扰动结果分类可以看出，2020年湖泊水域面积扩张的主要原因是自然因素，2022年湖泊水域面积骤减的主要原因是人为因素。