摘要:

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摘要:近年来，水体生态状况评价在我国受到广泛重视。但该领域整体尚处于探索发展阶段，存在理论基础不统一、评价方法不规范、评价结果可比性不强等问题。为借鉴国际成熟经验，推动我国相关研究实践更好地发展，本综述凝练、阐释生态学理论对水生态评价的重要引导作用，并提出改进我国水生态评价的若干建议。概括而言，生物环境关系是水生态评价的理论基础，其中生态位理论和集合群落理论在评价阶段演变、评价指标优化、评价效能（即评价结果对人类干扰的指示能力）提升等过程中发挥了重要作用。水生态评价经历了从早期以化学评价为主到目前以生物评价为主、理化评价为辅的多个阶段的演变，融合量化生态状况与识别胁迫因子的诊断式评价成为目前的主流范式。在评价指标方面，生物功能性状对环境影响的敏感指示作用受到重视，包含干扰指示类群、生物多样性和功能性状的多参数指数成为常用指标。评价方法的效能通常从精确度、偏差度、响应度、敏感度、一致度等维度进行综合度量；在统一调查和分析方法的基础上，通过人类干扰指标确定参照状态，并运用预测模型控制自然因素影响能有效提升评价的效能和准确性。目前，参照状态及生态等级标准设定、胁迫因子诊断等环节的生态学基础尚待加强。国际经验表明，水生态评价需以科学理论为根基，建议从重视自然因素对评价的影响、基于调查数据筛选评价指标、开展诊断式评价等方面入手，夯实我国水生态评价的科学基础，推动评价向精准化、标准化转型，为我国水生态环境管理和国际履约提供更有效支撑。

摘要:抗生素抗性基因（ARGs）作为一种新型环境污染物，其在流域水环境中的传播机制与风险控制是保障水安全的重要科学问题。本文系统综述了我国七大流域（长江、黄河、淮河、珠江、海河、辽河、松花江）水环境中ARGs的赋存特征、污染来源及时空分布规律，并结合富营养化、重金属、新污染物（抗生素、微塑料、内分泌干扰物、持久性有机污染物等）的复合污染效应，解析ARGs的迁移扩散机制。研究表明，我国流域水环境中ARGs以磺胺类、四环素类和氨基糖苷类为主，主要来源于面源污染（农业种植、畜禽养殖等）和点源排放（污水处理厂尾水、医疗废水等）。在赋存水平上，沉积物中ARGs绝对丰度（10⁶~10¹⁰ copies/g）普遍高出水体（10³~10⁷ copies/mL）近3个数量级，但二者相对丰度（copies/16S rRNA）相近。在时空分布上，ARGs受微生物群落、环境理化因子、人类活动及可移动遗传元件（MGEs）共同驱动，其中以微生物群落的影响最为显著。在污染效应方面，水体富营养化通过促进硝酸盐还原菌等ARGs宿主菌群增殖，导致ARGs丰度与总氮、总磷负荷呈显著正相关；重金属（如Cu、Zn、Ni等）通过协同选择效应增强ARGs接合转移效率；新污染物中，抗生素通过选择性压力驱动ARGs进化，微塑料表面生物膜可将ARGs转化频率提升至自然底物的1000倍，内分泌干扰物（如双酚 A）和持久性有机污染物（如全氟辛酸）则主要通过诱导氧化应激或上调质粒表达促进ARGs水平转移。ARGs传播机制主要包括细菌群落塑造（如厚壁菌门、变形菌门的选择性富集）、接合转移（依赖MGEs和ATP能量代谢）、诱导转化（胞外DNA吸附于悬浮颗粒物）及噬菌体介导（优先包裹ARGs片段）。需特别指出的是，水沙输移动力学过程，如悬浮物输移、沉积物再悬浮等，通过调控污染物相间分配，显著影响ARGs的传播通量。未来需探究“水沙动力学污染物ARGs”的耦合过程，解析水环境多相介质中ARGs的跨尺度调控机制，并探索水沙生态调度在ARGs风险管控中的应用潜力。

摘要:固氮作用是生态系统生物地球化学循环的重要环节。目前对水生生态系统固氮作用的研究起步相对较晚，主要集中在海洋和湖泊等水体。为了解当前淡水湖泊固氮微生物的研究热点与发展趋势，本研究以Web of Science数据库中淡水湖泊固氮微生物及相关领域的文献为数据源，运用CiteSpace和VOSviewer软件构建知识图谱，分析该研究领域的发文热点及未来研究趋势。在此基础上，通过文献整合分析，梳理了水体氮磷营养盐对固氮速率的影响及其可能的作用机制。结果表明，（1）1992-2024年全球淡水湖泊固氮微生物研究领域的出版物数量和引用频次不断增加。（2）国家、作者、机构合作网络分析显示，淡水湖泊固氮微生物研究是一个多学科交叉、多国家和机构合作的研究领域。（3）聚类分析结果表明，当前研究热点主要聚焦于3个方向：磷限制情境下的营养调控策略及其对蓝藻群落演替过程的生态响应；基于nifH基因的固氮微生物多样性解析及其在氮循环功能中的生态位特征；环境因子驱动下浮游植物群落结构的长期时空动态演替规律。（4）整合分析结果表明：固氮量化研究的地理分布区域不平衡，北美洲构建了涵盖多类型水体的综合指标体系，而亚洲、南美洲则侧重蓝藻生物量描述，欧洲多聚焦于氮磷动态变化和固氮过程的耦合关系；固氮生物物种研究以蓝藻门（长孢藻、束丝藻等）为主，变形菌、古菌等门类研究相对较少；总磷与固氮速率呈显著正相关关系，而与总溶解氮、硝态氮、铵态氮呈显著负相关关系。非线性分段模型拟合发现总磷对淡水湖泊固氮速率的调控存在临界值（25μg/L）。未来固氮过程研究在测定方法（如乙炔还原法与同位素示踪法）和计量单位（面积/体积单位）等方面亟需标准化以提高研究结果的可比性。本研究总结了淡水湖泊固氮微生物研究过去30年热点与前沿的变化趋势，建议通过引入多样化的分析指标（酶活性、转录组）、标准化的分析流程和多指标融合的评价方法，继续拓宽对淡水湖泊固氮过程及其生态贡献的认识。

摘要:河流藻类水华遥感反演受河滨湿地边界效应干扰，传统方法在狭长水体中精度受限。赣江尾闾段作为典型敏感水域，其藻类水华暴发机制尚不明晰。基于Sentinel-2/Landsat系列卫星数据，本研究提出了融合向内掩膜技术的改进方法，耦合浮游藻类指数（FAI）与大津阈值法（Otsu），有效抑制近岸干扰，实现了对狭长水体藻类水华的精确提取。运用此方法重建了2019-2024年赣江藻类水华暴发过程，结果显示：赣江藻类水华具有显著的季节性，集中发生在夏末及秋初（8月和9月）；空间上显著聚集于赣江南支和中支的迎风岸近岸缓流区，自沿岸带至河道中泓藻类水华强度逐渐减轻。基于随机森林回归模型的驱动因子分析结果表明，日最高气温与藻类水华面积呈极显著相关，其贡献率达47.1%，远高于营养盐（29.9%）、日均风速（9.3%）、日均流量（7.3%）和日降雨量（6.4%）。据此，结合对典型高温热浪事件（3日最高气温持续≥35 ℃）下藻类水华及其生境条件的分析，本研究认为：在中富营养水平背景下，夏秋季低枯流量及滞留效应为藻类水华积累提供基础，而极端高温热浪事件作为主要驱动因子，通过与低流量和营养盐条件的耦合，显著放大了藻类水华暴发规模。本研究可为河流藻类水华暴发机理研究提供参考。

摘要:经过多年的综合治理，滇池蓝藻水华的防控取得了显著的阶段性成效。自2018年以来，滇池蓝藻水华的暴发天数逐渐减少，水华面积也大幅下降。然而，2023年滇池藻情出现了反弹，引发了广泛关注。本研究基于2018-2023年滇池的MODIS卫星影像，结合水质、气象监测结果，系统分析了滇池藻情变化特征及其暴发机制。监测数据显示，2018-2023年滇池年水华发生率呈“V”型变化，2023年（87.0%）显著高于六年均值（69.3%）；2022-2023年的平均水华面积较2018-2021年明显减小，2023年的平均水华面积（15.86 km2）比六年均值低65.3%，但较2022年回升11.4%。Spearman相关分析显示，月水华发生率、月平均水华面积均与月平均气温、月降雨量呈显著正相关，与月平均风速呈显著负相关；月平均藻密度与月平均总磷浓度呈显著正相关。多元线性回归分析结果表明，气温和风速是调控滇池蓝藻水华的关键气象因子，而总磷浓度对藻密度变化的解释力有限。在2018-2023年藻密度持续超过轻度水华阈值（1.0×107 cells/L）的背景下，2023年滇池藻情反弹主要受气象因子的协同调控。具体而言，非主藻期（1-5月、12月）13~20 ℃温度比例上升加快蓝藻复苏，主藻期（6-11月）＜2 m/s低风速比例增加促进藻类上浮聚集，＜13 ℃温度比例下降有利于蓝藻生长，可能共同促使了2023年水华发生率上升；而主藻期20~25 ℃高温比例显著上升加速蓝藻上浮，这可能是当年水华面积扩大的重要驱动因素。本研究的结果不仅为滇池蓝藻水华的日常防控和预测预警提供理论支撑，也为云南省其他高原湖泊的蓝藻水华治理提供参考。

摘要:为探究石川河流域浮游植物群落时空分布特征及其驱动因子，本研究于2022年2月（冬季）、5月（春季）和2023年8月（夏季）、11月（秋季）对石川河干流、3条支流和3座水库进行了4次水生态调查。共鉴定出浮游植物7门78属211种，其中硅藻门物种占比最高（44.08%），其次是绿藻门（31.75%）。四季以梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）、尖针杆藻（Fragilaria acus）、简单舟形藻（Navicula simples）、谷皮菱形藻（Nitzschia palea）和椭圆小球藻（Chlorella ellipsoidea）为绝对优势种（Y＞0.1）。浮游植物密度变化范围为49.90×10⁴~631.67×10⁴ cells/L，平均密度为196.57×10⁴ cells/L；生物量介于1.38~18.02 mg/L之间，平均生物量为4.84 mg/L。春季Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数最高，不同水体间多样性指数均存在显著差异，四季干、支流水体浮游植物多样性指数均值均大于水库。冗余分析结果显示：氮磷营养盐和溶解氧是影响石川河流域干、支流水体优势种分布的主要环境因子，水深是影响水库优势种分布的主要环境因子。结构方程模型表明：1000 m河岸带缓冲区的土地利用类型（耕地、林地和建设用地）通过影响水体中的氮磷营养盐间接影响石川河流域浮游植物叶绿素a浓度。相较于水库，河流模型中的化学因子对浮游植物叶绿素a浓度的影响更为显著。

摘要:藻类是湖泊生态系统的重要初级生产者，其生物量与群落结构可反映水体污染和生态状态。硅藻作为藻类的重要组成部分，其物种组成特征也是评价湖泊环境质量的敏感指标。在不同污染水平的湖泊中，藻类生物量与硅藻群落的变化模式及其响应机制是否存在明显差异仍缺乏系统分析。本文选择云南地区具有较高砷（As）污染水平的大屯海和阳宗海及未受砷污染影响的异龙湖开展季节调查和对比分析，旨在识别不同砷污染水平下藻类变化的主要特征、驱动因子和关键过程。结果显示，采集的55个表层水体样品中，指代藻类生物量的水体叶绿素a（Chl.a）浓度在富营养的大屯海中最高，硅藻组成存在湖泊间差异且季节波动明显。水体砷与Chl.a浓度呈现显著正相关，同时砷与硅藻群落变化的主要方向显著相关，反映了藻类对砷胁迫具有较强的敏感性及较强的低促作用。方差分解分析进一步表明，3个湖泊中主要环境梯度对硅藻群落结构演替（PC1指标）的驱动效应比Chl.a浓度波动更为显著（解释方差均值分别为64.1%和39.8%）。研究结果还揭示了水体砷污染的季节变化与水温和湖泊水深类型密切相关：水温升高在浅水湖泊中促进了砷的化学活性并提高了水体砷浓度，在深水湖泊中则通过热力分层作用限制了沉积物砷的扩散和水体砷的垂直迁移。总之，砷在不同污染水平下与水温、营养盐、水深等因素的相互作用显著，对藻类的季节变化产生了重要影响并导致不同藻类指标在响应强度上的差异。因此，对湖泊砷污染进行有效的生态评价和修复，需要综合考虑温度和营养水平的共同影响，并结合藻类生物量和硅藻群落等多指标开展对比分析。

摘要:程海是云贵高原的重要湖泊，其流域生态环境质量的改善是云南完成三大生态安全屏障任务的必要前提，同时也是社会经济可持续发展的基础。近年来在人类活动和自然因素的作用下，程海水环境质量面临着严峻挑战。为探究封闭型深水湖泊程海水体营养状态的时空演变特征及其主要驱动因素，本研究基于2010-2023年程海3个水域的监测数据，采用Mann-Kendall检验、斯皮尔曼相关分析、多元线性回归模型与分段结构方程模型，探究程海水体营养状态的时空演变特征，揭示各驱动因素对湖泊水体营养状态的直接驱动效应及间接作用路径，以期为程海水环境的保护与治理提供理论依据和数据支撑。结果表明：（1）2010-2023年间，程海水体营养状态呈阶段性演变特征，总体处于中营养水平。（2）生态补水在转变程海水体营养状态和趋势方面起到了积极作用。其中，南部和中部水域综合营养状态指数TLI(Σ)在补水前（2013-2018年）呈显著上升趋势，在补水后（2019-2023年）呈显著下降趋势。在不同水域，补水前、后程海水体TLI(Σ)都没有显著差异，均处于中营养状态。（3）程海水体营养状态受季节影响显著，其中气温较低的春、冬季TLI(Σ)比夏、秋季TLI(Σ)高，这可能与湖泊浓缩效应以及水温分层结构有关。（4）物理因素和化学因素是改变程海TLI(Σ)的主要驱动因素。在所有时间段中，氮磷等外源输入主要通过影响其他因素来间接影响程海水体TLI(Σ)，且近年来程海所实施的一系列生态环境保护措施减小了氮磷等外源输入对程海TLI(Σ)的贡献率。值得注意的是，尽管进行了大量生态补水，程海水体营养状态仍处于中营养水平，这表明陆地的污染物输入量和内源污染物对程海水体营养状态的影响依然不容忽视。因此，在继续保持并加大生态补水的基础上，如何进一步减少陆地污染物的输入以及将污染物从湖泊水体中移除将成为未来程海保护工作需要重点关注的方向。

摘要:在全球气候变化与人类活动影响的背景下，湖泊生物群落和生态系统结构演替特征显著，其中硅藻已成为指示湖泊环境变化的重要指标之一。本研究以天然封闭型深水湖泊程海为对象，通过对湖泊敞水区4个采样点进行为期 1 年的隔月分层采样，探究水环境因子与硅藻群落结构、物种多样性的季节变化模式，评估湖泊水体酸碱度、营养盐、水温等关键因子的驱动作用。水化学结果显示，程海目前为磷限制湖泊，水体pH值常年在9以上且在冬季高于其他季节；叶绿素a浓度与水体溶解氧表现出与pH同步变化的季节模式。群落特征上，共鉴定出21属122个硅藻物种，硅藻群落结构在季节尺度上呈现浮游底栖功能群转换的适应性策略，空间分布上表现出较高的均质性特征。群落结构具有显著的季节性差异，其中1-5月浮游种占优，7-9月底栖/附生种占优，11月浮游种与底栖种共同占优；空间分布上，各采样点优势种及其相对丰度基本一致。冗余分析结果表明，水温（约31%）是驱动硅藻优势物种季节变化的关键环境因子，电导率（13.7%）、营养盐（6.1%）等环境梯度亦协同促使硅藻物种组合的季节演替，同时深水湖泊热力分层的季节变化可能通过影响水体混合强度影响藻类生长。硅藻物种丰富度随水深的增加而降低，且季节上表现出明显的差异性（夏、秋季多样性最高）；空间尺度上，受到趋同水环境条件的影响，样点间的硅藻多样性并无显著差异。硅藻多样性的时空变化受温度、水深、营养盐等多环境因子交互作用影响明显。本研究为封闭性湖泊的生态系统评价和多样性保护提供科学依据，并为未来气候变化下低纬高原深水型湖泊的保护提供数据支撑。

摘要:微生物能够对环境变化做出快速响应，具有应用于生态状况评价的潜力，但目前尚缺乏其在水生态评价中的应用。本研究以鄱阳湖不同湖区（主湖区、碟形湖和养殖湖）为研究区域，采用高通量测序技术分析水体和沉积物中的细菌群落结构，并基于机器学习的无分类策略构建了微生物指数（microbial biotic index, MBI）对不同湖泊进行评价。结果表明，不同湖泊水体和沉积物营养状态存在显著差异，驱动着细菌群落结构及关键菌属的空间分布差异；尽管水体和沉积物细菌群落融合程度较低，但随着营养状态指数的升高，水体和沉积物之间细菌群落相互作用逐渐增强，即水体中沉积物源细菌比例显著增加。通过分位数回归和机器学习算法，将水体和沉积物中的细菌扩增子序列变体划分为5个生态组，基于此构建的MBI指数与水、沉积物的营养状态指数之间存在高度一致的相关性。评价结果显示，主湖区和养殖湖的水体生态状况相似，均优于碟形湖；而沉积物生态状况由优至中表现为养殖湖＞碟形湖＞主湖区。鄱阳湖水体的生态状况优于沉积物，表明沉积物可能成为水体富营养化的潜在来源，在未来湖泊健康管理中需要加强关注沉积物的生态状况。本研究通过机器学习方法构建了基于微生物群落的综合评价指数，为不同营养水平水体的生态状况评价提供参考。

摘要:基于自主研发的二维微型DGT（2D-MDGT）和平面光电极技术（PO），以典型寒旱区湖泊乌梁素海为对象，首次原位研究冰封/非冰封期底泥水微界面（SWI）上活性磷（Labile P）、溶解性磷酸盐（SRP）、氨氮（NH3-N）、亚硝态氮（NO^-₂-N）和硝态氮（NO^-₃-N）及SWI微环境（即pH和溶解氧）同步变化特征，并进一步原位分析了SWI界面交换通量。结果表明，所有底泥剖面5种氮磷浓度呈显著的时空异质性，其中冰封期Labile P、SRP、NH₃-N、NO^-₂-N和NO^-₃-N平均浓度分别为（0.006±0.005）、（0.096±0.070）、（2.70±0.50）、（0.150±0.061）和（0.48±0.48）mg/L，显著低于非冰封期（（0.060±0.036）、（0.15±0.16）、（24.0±1.7）、（0.36±0.042）和（1.4±1.1）mg/L）。在垂直剖面上，Labile P、SRP和NO^-₃-N浓度随深度的增加而增加；NO-3-N浓度随深度的增加而有所下降；NO^-₂-N浓度随深度增加变化不明显。在水平空间分布上，北湖区底泥剖面氮磷形态浓度普遍较高，这与较高的磷蓄积和强烈的氧化还原作用有关。原位获取的Labile P、SRP、NH₃-N、NO^-₂-N和NO^-₃-N的交换通量分别为-0.32~26 μg/(m²·d)、-3.9~36 μg/(m²·d)、-18~6.9 mg/(m²·d)、-1.5~8.0 mg/(m²·d)和-0.22~0.16 mg/(m²·d)，其中，非冰封期整体表现出强烈的氮磷释放，这将显著增加湖泊水质污染风险。