摘要:洞庭湖：位于长江中游荆江段南侧，面积2625 km2, 为我国第二大淡水湖。其北纳长江“三口”江水，南和西接“四水”来水，后经城陵矶汇入长江，具有重要的洪水调蓄、生物多样性保育等功能（摄影：邹业爱）。

摘要:

摘要:南水北调东线工程横跨长江、淮河、黄河和海河四大流域,通过京杭大运河和输水渠道自南向北连通了高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖和北大港水库等湖泊和水库,向黄淮海平原东部、胶东地区以及津冀地区提供生产生活生态用水。沿线调蓄湖泊是南水北调东线工程的关键节点和调蓄池,是改善输水水质的净化器和重要“绿肾”,对保障输供水安全至关重要。近年来,在生态文明建设和打好碧水保卫战的大背景下,南水北调东线沿线调蓄湖泊治理保护取得明显成效,水环境质量总体上呈改善趋势,但在快速气候变化和高强度人类活动的双重影响下,沿线湖泊流域水污染防控、水环境治理和水生态保护修复仍面临严峻挑战。本文从水量调蓄与水质净化、饮用水安全保障、农业灌溉与粮食安全、生物多样性保护、航运与大运河水文化等方面系统阐述了南水北调东线沿线湖泊的主要生态服务功能,深入剖析了水质超标风险、湖泊富营养化、藻类水华暴发以及草型生态系统退化等生态环境问题,提出了水环境质量持续改善以及水生态系统完整性、稳定性和持续性稳步提升的保护策略,助力南水北调东线水安全保障国家战略。

摘要:水生植物根叶表面定殖了高度多样化的细菌群落,这些细菌类群在促进植物生长发育、提高养分吸收以及增强环境适应性等方面发挥重要作用,并通过与植物形成复杂的共生功能体,深刻影响着水生生态系统中的生物地球化学循环过程。然而,当前对水生植物附着细菌群落的认识及应用尚显不足。深入理解水生植物附着细菌群落组成及构建机制,阐明其与宿主间复杂的相互作用关系,对揭示和调控水生植物-微生物组的生态功能以及维持水生生态系统健康具有重要意义。本文系统总结了水生植物附着细菌群落的多样性及组成特征,从宿主植物的选择效应、环境响应以及细菌的种间相互作用等方面梳理了水生植物附着细菌群落的形成机理和驱动机制,并介绍了调控水生植物附着细菌群落构建的生态学过程,阐述了水生植物附着细菌群落在湖泊碳、氮循环过程中的作用。此外,对水生植物附着细菌群落的进一步研究进行了展望,建议未来可以从水生植物附着细菌群落的功能特征、核心菌群挖掘、合成群落应用、对全球变化的响应规律以及水生植物-微生物协同降污增汇技术等方面开展深入研究。

摘要:水利工程运行与鱼类资源保护如何协同发展,是我国水电开发与水生态环境保护需要重点开展的研究,其中基于鱼类行为学、生态水力学及计算机科学等多学科交叉融合的鱼类行为生态水力学模型为水电开发背景下鱼类行为响应及其生境质量演变提供了研究技术及评估新方法。鱼类运动模型的基本原理为以水动力环境为基础,通过融合鱼类行为规律实现鱼类运动过程的模拟。本研究系统调研和梳理总结了近20年来国内外鱼类行为生态水力学模型的相关研究,重点聚焦模型如何准确构建及合理运用。首先介绍了模型的基本结构及主要组成要素,重点阐述了不同生境尺度中鱼类行为规则设置时考虑的因素,包括过鱼设施微生境、坝区水环境及河流生态系统;然后详细剖析了鱼类运动模型科学构建及运用过程中的难点,包括鱼类行为规则的复杂多样性、行为模型与水动力模型的融合以及模型的有效和合理运用;最后从人工智能算法、多尺度与多维度信息融合以及模型对生境要素的预测运用3个方面对未来运动模型研究进行展望,为开展符合我国坝情、水情及鱼情的鱼类行为生态水力学模型研究工作提供一定的科学依据。

摘要:浮游植物是湖泊生态系统的重要组成部分,检测其物种多样性和群落组成对了解湖泊生态系统功能具有重要意义。近年来,环境DNA技术越来越多地被应用于生态学调查中;但对于浮游植物的多样性检测,该方法与传统形态学鉴定获得结果的一致性尚不清楚,并且缺少基于环境DNA技术对真核浮游植物与原核浮游植物进行同时检测的研究。为此,本文比较研究了不同牧食强度下中宇宙实验体系中环境DNA技术和形态学鉴定在检测浮游植物(包括真核与原核浮游植物)物种多样性和群落组成上的异同。研究结果显示:(1)基于18S rRNA基因的环境DNA技术与形态学鉴定获得的浮游植物alpha多样性(物种多样性和Shannon-Wiener多样性指数)在不同牧食强度下中宇宙实验体系中的变化趋势一致;(2)与形态学鉴定结果相比,基于16S rRNA基因和18S rRNA基因的环境DNA技术能够检测到更多的浮游植物种类,并且能够很好地展现不同处理组中浮游植物群落组成的差异;(3)基于18S rRNA基因的环境DNA技术在浮游植物多样性检测上具有更高的精确性。尽管环境DNA技术在监测浮游植物生物量方面存在局限,但是其在浮游植物生物多样性检测方面比形态学鉴定具有显著的优势。本研究对环境DNA技术同时应用于真核和原核浮游植物检测进行了尝试,并证实了基于18S rRNA基因的环境DNA技术在浮游植物物种多样性和群落组成检测中具有更高的分辨率和精确性,可提供更加丰富的数据,为在浮游植物多样性研究和水生态环境监测中推广使用环境DNA技术提供了依据。

摘要:揭示水生生态系统中浮游植物群落的构建机制,是有效预防藻类水华以及科学管理水生态系统的重要条件。为了揭示长江中下游通江湖泊鄱阳湖浮游植物群落的构建机制,以及明确驱动该湖泊浮游植物群落结构变化的具体影响因子,于2020年8月,对全湖38个采样点的浮游植物及其功能群组成,以及环境因子进行调查分析。共检出7门59属91种,其中绿藻门(27属46种)、硅藻门(13属22种)和蓝藻门(8属11种)分别占总藻类种数的50.5%、24.2%和12.1%,其他门类占13.2%。浮游植物可划分为23个功能群,其中N、G、P、W1和L_O为鄱阳湖优势功能群,它们所指示的生境特征表明鄱阳湖存在富营养化风险。鄱阳湖湖湾水域浮游植物群落结构与主航道水域存在明显差异,湖湾水域浮游植物Shannon-Wiener多样性指数、Simpson 多样性指数和Pielou均匀度指数均显著高于主航道水域(Mann-Whitney U test,P<0.001)。群落距离与环境距离和地理距离的相关关系结果显示,环境过滤作用和空间扩散限制作用共同影响了鄱阳湖浮游植物及其功能群群落的构建,而变差分解分析、C-score分析和校正随机率分析结果进一步明确了确定性过程(环境过滤作用)占据主导地位且其对功能群群落影响更大。约束性排序分析结果显示,浊度、高锰酸盐指数和电导率是驱动鄱阳湖浮游植物群落结构变化的最重要环境因素,温度、电导率和高锰酸盐指数是影响鄱阳湖浮游植物功能群群落结构的主要环境因素。

摘要:季节性冰封使得寒区湖泊微生物群落结构及生物间的相互反馈具有特殊性。黄河流域内蒙古段湖泊作为典型的寒区湖泊,其漫长的冰封期为研究细菌与蓝藻在冰封条件下的相互关系提供了天然平台。解析不同类型湖泊生态系统中细菌与蓝藻群落间的相互关系差异,有助于深入理解湖泊冰封条件下水生态系统的功能与动态。为探明湖泊功能对菌藻关系的影响,本文以大型淡水湖泊乌梁素海、城市湖泊南海湖、咸水湖泊岱海冰封期冰下水体为研究对象,利用宏基因测序分子生物学技术、冗余分析、Mantel检验分析及Network网络分析模型等方法,对冰封期间细菌和蓝藻群落结构及相互关系进行研究。结果表明:3个湖泊冰下水体中优势菌门组成一致,属水平上的群落组成具有较为明显的差异;湖泊间菌藻群落组成差异与环境因子的协同作用高度相关,总磷、氨氮和总氮是影响冰封期菌藻群落结构的主要环境因子;细菌-蓝藻的微生物网络复杂性呈现南海湖＞岱海＞乌梁素海。岱海网络中菌藻关系多以负相关为主,负权重边占比达到31.70%,且模块化程度较高。本文旨在对湖泊冰下水体中的细菌、蓝藻群落结构及共现网络进行深入分析,以更好地理解不同水生态系统下微生物错综复杂的关系,为相关领域的生态保护和研究提供重要的理论依据。

摘要:浮游植物是淡水生态系统的重要初级生产者,具有生长周期短、对环境变化敏感等特征,可很好地指示水生态环境状态,而现有研究主要集中于河流湖库等大水面水域,对小微水体关注较少。本研究选择太湖流域平原农业区的典型圩塘,开展浮游植物与气象、水文、营养等相关环境因子的周年(2022年1—12月)动态变化监测,分析浮游植物群落的季节变化规律,构建浮游植物与环境因子之间的结构方程模型,解析浮游植物对环境因子的响应规律,并比较其与河流湖库等大水面水域浮游植物群落影响因子的差异。研究结果表明:1)圩塘共检测出浮游植物7门55属73种,裸藻在生物量上占据优势,与常见的蓝藻门、裸藻门占优势的河流湖库存在差异;2)浮游植物可归纳为22个功能群,其中优势功能群4个(P、J、W1和W2),表明圩塘生境具有富营养化、浑浊、混合作用强烈等特征,Q指数计算结果为0.63≤Q≤2.38,与水质监测结果(V类,年均总磷为0.16 mg/L,总氮为1.73 mg/L)总体一致;3)浮游植物群落多样性变化主要受温度控制,而浮游植物功能群变化主要受水深控制,与大水面水体不同,圩塘浮游植物受营养影响较小。本研究有利于深化认识平原农业区典型圩塘的浮游植物动态变化规律,为提升平原农业区小微水体生态健康提供理论支撑。

摘要:着生藻类是河流生态系统重要的初级生产者,在维持生态系统多样性、能量流动和物质传递中起关键作用。着生藻类对人为干扰和环境变化响应迅速,广泛应用于河流生物多样性监测和水环境质量评价。比较不同河流着生藻类群落结构及其与环境因子的关系,有助于认识河流生物多样性的维持机制。为此,于2021年春季(5—6月)对金沙江上游主要支流色曲、赠曲、欧曲和藏曲的着生藻类多样性及河流环境进行了调查分析。结果显示,38个样点共鉴定出着生藻类3门34属91个分类单元,各采样点种类数均以硅藻门占比最高。各支流着生藻类密度范围为0.002×10⁵~2.43×10⁵ cells/cm²,生物量范围为0.3×10^-3~1.56 mg/cm²,各支流着生藻类密度和生物量无显著差异。不同支流优势种存在一定差异,色曲主要优势种为半丰鞘丝藻(Lyngbya semiplema)、眉藻未定种(Calothrix sp.)和微型舟形藻(Navicula minima)等;赠曲主要优势种为半丰鞘丝藻、纤细等片藻(Diatoma tenue)、和平片针杆藻(Synedra tabulata)等;欧曲主要优势种为半丰鞘丝藻、中型脆杆藻(Fragilaria intermedia)和胡斯特桥弯藻(Cymbella hustedtii)等;藏曲主要优势种为半丰鞘丝藻、希罗鞘丝藻(Lyngbya hieronymusii)和极小桥弯藻(Cymbella perpusilla)等。冗余分析显示,电导率、pH、河宽和溶解氧是影响金沙江上游着生藻类多样性的主要环境因子,表明环境过滤在金沙江上游着生藻类群落多样性的空间格局中起着一定的作用。本研究为金沙江上游河流生态系统的保护及水质管理提供了基础资料。

摘要:滆湖自1990s以来水生态环境变化迅速,水生植物几乎消亡,生态系统由“草型清水”湖演变为“藻型浊水”湖,其浅水特性在风力作用下常造成底床沉积物的再悬浮现象。泥沙和营养物质频繁重回上覆水体导致水质长期难以改善,故重建沉水植物生境被认为是恢复滆湖生态环境的措施之一。本文构建滆湖水环境模型,模拟和分析水动力及沉积物的再悬浮过程。研究表明,在常规风力条件下(约2.2~2.8 m/s),全湖底床切应力均值(τ_b)约为0.023 N/m²,全湖几乎不存在沉积物再悬浮现象,而在强风条件下(如大于10 m/s),τ_b可达0.45 N/m²,全湖绝大部分区域的沉积物均可以发生再悬浮,南部浅水区域及其东西沿岸为再悬浮发生的高频地区。模型设定了一种沉水植物生境的情景条件进行模拟与预测。研究结果表明,在易发生再悬浮且适合沉水植物生长的南部区域,重建覆盖度约为12%的沉水植物,可削减实际条件下τ_b的24.4%,从而分别降低年均和强风时刻全湖固体悬浮物(TSS)浓度的29.3%和25.1%。对一次强风过程的模拟结果表明,情景条件下τ_b由实际条件下的0.45 N/m²下降为0.34 N/m²,全湖TSS均值和最大值比实际条件分别下降了20.9和470 mg/L,沉水植物生境的存在对全湖TSS浓度改善效果显著。

摘要:随着快速城市化人为氮输入强度的增加,城市河流生态系统逐渐成为大气N₂O的重要排放源。目前,针对滨湖城市典型河网N₂O的监测和影响因素的分析仍然不足,特别是缺乏量化评估其对目前普遍开展的水生态修复工程的响应研究。本研究选取无锡市滨湖区为典型滨湖城市河网区,揭示了城市河网溶存N₂O的空间分布及影响因素,阐明了其对生态修复的响应变化特点。结果表明:(1)滨湖城市河网溶存N₂O浓度具有较大的空间变异性,低值区主要位于入湖河口区及生态修复后水质改善明显的河段;(2) N₂O浓度主要受到河流溶解态氮,尤其是硝态氮的影响;(3)河网水质及溶存N₂O浓度受到人类活动的污染排放及生态修复的水质改善效应双重影响,重污染河段的生态修复可同时达到营养盐去除和N₂O减排的目的。

摘要:土壤有机碳分解的温度敏感性(Q₁₀)是预测生态系统碳循环对全球气候变化的关键参数。全球湿地水文节律正在迅速变化,然而淹水差异对湿地土壤Q₁₀的影响还较少受到关注。在淹水差异梯度上,土壤有机碳质量对Q₁₀的调控机制也未明确。以鄱阳湖的东湖洲滩湿地为研究对象,在淹水时长差异诱导形成的3个植被群落样带(泥滩带、苔草带和芦苇带)各采集深度为0~10、10~20和20~30 cm的土壤,在实验室内测定不同温度(10、15、20、25、30 ℃)下各植被带3个深度土壤有机碳的分解速率,运用指数方程拟合Q₁₀,探讨淹水时长梯度上土壤有机碳分解速率和Q₁₀的变化规律。运用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)测定土壤有机物的官能团结构,结合土壤有机碳、可溶性有机碳和微生物碳等有机碳组分含量,明确土壤有机碳质量对Q₁₀的影响机制。结果表明,在10、15、20、25、30 ℃的温度下,土壤有机碳分解速率的平均值分别为19.19、31.00、51.67、77.28和109.32 μg/(d·g)。各个植被带的土壤有机碳分解速率均随着土壤深度的增加而显著降低。然而,在3条植被带之间,只有0~10 cm的土壤有机碳分解速率存在显著差异(P=0.030),表现为芦苇带＞苔草带＞泥滩带。土壤Q₁₀的平均值为2.48,没有受到植被带和土壤深度的显著影响。FTIR数据显示,随着土壤深度和淹水时长的增加,洲滩湿地易分解的脂肪类有机物比例逐渐下降,但难分解的芳香类有机物比例逐渐升高。相关分析和结构方程模型结果表明,土壤有机碳分解速率的主要影响因素为含水量、微生物碳含量、pH和营养盐含量等。土壤有机物官能团结构、pH和总氮等因素对土壤Q₁₀有显著影响。表层土壤Q₁₀与脂肪类有机物含量呈正相关,与芳香类有机物含量呈负相关。

摘要:湖泊中腹足类壳体碳酸盐的碳同位素与水体溶解无机碳密切相关,是研究区域湖泊水体碳循环的重要材料之一。滇中地区湖泊众多,然而该区域湖泊中水体溶解无机碳的变化特征仍不清楚。孟氏螺蛳壳体为滇中湖泊特有属,本文通过对杞麓湖现生孟氏螺蛳壳体采集,并对其壳体沿生长方向开展碳酸盐δ¹³C测试,尝试利用孟氏螺蛳壳体δ¹³C分析杞麓湖水体溶解无机碳变化的变化特征。研究结果表明:(1)孟氏螺蛳壳体δ¹³C与壳体生长环境密切相关,QLH-A与QLH-B在母体环境中的δ¹³C平均值分别为-3.78‰与-5.55‰,变化幅度分别为2.07‰与3.03‰;在湖泊水体环境中的δ¹³C平均值分别为-2.90‰与-3.28‰,变化幅度分别为1.81‰与1.74‰。(2)孟氏螺蛳在湖泊水体环境中生长时,壳体δ¹³C记录了湖泊水体DIC的δ¹³C_DIC变化特征,揭示出杞麓湖水体DIC主要受大气交换和湖泊中生物系统共同影响,其δ¹³C_DIC在季节尺度变化不显著。(3)杞麓湖湖泊中大量水生藻类的死亡引起的有机质分解将导致湖泊水体δ¹³C_DIC发生显著偏负变化,据此推断壳体δ¹³C记录的偏负变化与云南2013年大旱期事件吻合,揭示出孟氏螺蛳壳体δ¹³C具有记录湖泊生态系统自身重大变化的潜力。孟氏螺蛳古螺壳在滇中湖泊广泛分布,本文研究结果将有利于基于地层中的壳体识别地质历史时段滇中湖泊水体DIC特征及其湖泊生态系统的变化。

摘要:于2021年调查了河北衡水湖大、小两个湖区的鱼类群落结构、多样性,分析了其时空差异及与环境因子之间的关系。研究共记录到29种鱼类,隶属15科27属,以鲤科鱼类为主,占渔获物重量的98%;䱗(Hemiculter leucisculus)、鲫(Carassius carassius)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)和似鳊(Pseudobrama simoni)是衡水湖的优势种。大湖区鱼类的多样性指数、均匀度指数、丰富度指数不存在显著的时空差异。置换多因素方差分析显示大湖区鱼类群落结构存在显著的季节差异,其平均相似性百分比差异性超过40%;大、小湖区空间上的差异性为41%。丰度-生物量曲线图表明:大湖区的鱼类群落在不同季节均受到干扰,其中秋季受的干扰较弱;小湖区的鱼类群落仅在春、夏季受到干扰,而在秋季未受干扰。大湖区鱼类群落与环境因子之间的冗余分析表明:水中总磷浓度是鱼类群落结构变化最重要的解释因子(解释度为36%);总磷、亚硝态氮、透明度和总氮是影响衡水湖大湖区鱼类群落结构的主要环境因子。衡水湖的鱼类群落以小型杂食性鱼类 (如䱗、鲫、似鳊等)为主,肉食性鱼类数量较少,鱼类小型化趋势明显。因此,从水质改善与生态修复的角度,在控制外源污染输入的同时,需调控衡水湖的鱼类群落结构,以增强肉食性对衡水湖生态系统的下行调控作用,削弱杂食性鱼类和浮游动物食性鱼类对水质潜在的负面作用,达到改善水质的目标。

摘要:根据2021年周年野外调查数据与渔业捕捞历史资料,本文分析了乌梁素海湖区的鱼类群落结构变化特征及其与主要环境因子的关系。与历史资料相比,乌梁素海鱼类群落结构已经发生较大变化,表现为土著鱼类减少,优势种组成改变,鱼类群落结构呈现小型化。根据鱼类群落在湖中的分布特征,本研究将乌梁素海分为西部、东部和南部3个湖区。单因子相似性分析和相似性百分比分析结果显示,不同湖区间鱼类群落组成存在显著差异,两两湖区之间的平均差异性均在70%以上,且这种差异性主要由鲫、麦穗鱼和鲤造成。多样性的分析结果表明,全湖及各湖区鱼类群落的多样性指数较低(H'<2),整体表现为一般水平,且3个湖区的鱼类生物多样性指数呈现为:西部湖区＞东部湖区＞南部湖区。此外,Mantel test分析和典型相关分析表明,浊度和叶绿素a是目前影响乌梁素海鱼类群落结构的主要环境因子。各湖区间鱼类种群和多样性的差别在一定程度上反映出鱼类群落结构与湖泊环境特征相适应的特点。通过讨论鱼类群落结构变化及其空间分布特征,本文从不同角度对乌梁素海未来渔业管理规划提出可参考方向:1)重视禁渔休渔政策和人工增殖放流在乌梁素海的重要意义;2)充分利用鱼类群落与环境特征间的关系,尽可能通过改善鱼类群落结构促进水体营养物质循环。

摘要:泥沙淤积是影响湿地植物生存和生长的重要因素。克隆植物是湿地生态系统的主要植物类型之一。在自然水文条件下,湿地克隆植物种群对不同淤积速率的响应研究相对较少。本研究以洞庭湖湿地优势克隆植物短尖薹草(Carex brevicuspis)为对象,通过连续3年的野外控制实验,研究了不同淤积速率(0、2、4、6 cm/a,分别对应对照组,低、中和高淤积速率组)对湿地克隆植物种群的影响。结果表明:淤积速率对短尖薹草的种群密度影响显著,淤积处理的密度显著低于对照处理。随着淤积速率的增加,密度下降,地下/地上生物量比增加,高淤积速率下种群的密度最低,地下/地上生物量比最高。与对照处理相比,泥沙淤积促进了更多的短根(<10 cm)、长根茎(≥1 cm)和游击型克隆分株的形成,长根茎的长度随淤积速率的增加而增加。高淤积速率下的长根茎数量较低,但其根长最长,表明其克隆生长策略由密集型向游击型转变。由此可见,短尖薹草种群可通过对密度、生物量分配、根系长度和克隆生长策略的调节,有效地应对不同泥沙淤积速率的影响。

摘要:轮虫是湖泊生态系统食物链的关键环节,其群落结构和物种多样性是反映水环境现状的有效生物指标。为评估汉阳水网的水体健康状况及富营养化发展趋势,为湖泊生态修复和生物多样性保护提供科学依据,于2021—2022年对水网中5个不同富营养化程度湖泊的水环境及轮虫等浮游生物进行了季节性调查分析。结果表明,水网中大多数环境因子和生物因子存在显著的时空差异。5个湖泊共采集到轮虫15科25属51种,共有优势种为裂痕龟纹轮虫(Anuraeopsis fissa)、长三肢轮虫(Filinia longiseta)、螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)、针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)和对棘异尾轮虫(Trichcoerca similis),均为典型的富营养指示种。5个湖泊轮虫的年均密度范围为109.65~995.92 ind./L,Shannon-Wiener指数和Margalef指数年均值的范围分别为0.86~1.68和0.65~1.44,密度和多样性指数的峰值多出现在夏、秋季。非度量多维尺度分析表明,轮虫群落结构的季节差异明显,除后官湖外,其余湖泊的空间差异较小。多元逐步回归分析显示,轮虫种类数和Margalef指数主要受原生动物密度的影响,Shannon-Wiener指数主要受水温的影响,轮虫密度主要受浮游植物密度的影响。典范对应分析显示,轮虫群落结构的时空变化与水温、氨氮、透明度、总氮、浮游植物密度和枝角类密度有关。分段线性回归分析显示,在一定范围内,轮虫种类数、密度和多样性指数与综合营养状态指数呈正相关,当综合营养状态指数达到70后,轮虫的种类数、密度和多样性指数呈现下降的趋势。

摘要:高海拔的溪流生态系统因其对外界干扰的响应敏感,被视为是监测环境变化和人类干扰的理想对象。本研究选取四川省天全县境内一条典型的亚热带高山溪流——天全河,于2018年4月和10月对上游20个样点进行调查,开展大型底栖无脊椎动物物种、功能和系统发育alpha多样性时空格局及驱动过程研究,旨在阐明在未受干扰的高山溪流中,底栖动物不同维度多样性的时空分布格局,并甄别出驱动多样性的关键环境因子和空间因子及其各自的相对贡献率。基于距离的线性模型分析显示,影响底栖动物物种多样性指数的关键环境因子为海拔和流速,关键空间因子为基于地理途径的PCNM 4~6等中尺度因子;而功能多样性指数受底质类型和浊度等环境因子以及地理途径PCNM 6~8和河网途径PCNM 3等空间因子的显著影响;系统发育多样性只受到海拔和底质类型等环境因子的显著影响。变差分解分析显示,环境因子(0.6%~21.5%)与空间因子(0.2%~16.6%)单独解释的物种多样性和功能多样性指数变异大体相当,表明两组因子都起到了重要的作用。环境因子对系统发育多样性指数变异的单独解释率(12.1%~23.3%)显著高于空间因子的单独解释率(0~6.9%),显示环境因子在驱动系统发育多样性指数的变异中占主导地位。本研究揭示了天全河上游底栖动物的多样性格局及驱动机制,研究结果可为进一步了解亚热带高山溪流底栖动物的多样性现状,并为其未来的多样性管理和环境保护提供重要的理论依据。

摘要:小微湿地广泛分布于河流源头区域,对维持生态系统稳定性以及提供生态系统服务发挥着重要作用,微生物在其中扮演着重要角色,但当前对小微湿地沉积物中微生物群落尤其是古菌群落的海拔分布格局尚不清楚。因此,基于16S rRNA基因测序技术,本研究调查了岷江上游5个海拔梯度(1000、1600、2000、2700和3200 m)溪流型小微湿地的水文特征、水体理化性质、沉积物古菌群落的组成和多样性等指标。结果表明,岷江上游溪流型小微湿地沉积物中古菌群落组成在海拔梯度上存在显著差异,群落α多样性随海拔升高而显著增加,β多样性在海拔梯度上差异显著。距离衰减分析表明,古菌群落的时空分布与海拔梯度显著相关,进一步的冗余分析证实了溶解性总氮、总氮、溶解性总磷及pH是影响古菌群落结构的主要水体理化因素,浊度和水深是影响古菌群落结构的主要水文因素。综上所述,本研究厘清了岷江上游溪流型小微湿地沉积物古菌群落沿海拔梯度的分布格局,揭示了溪流型小微湿地中水文和水体理化性质共同调控沉积物古菌群落的海拔分布格局,为理解青藏高原自然小微湿地古菌群落海拔分布的生物地理分布提供了科学依据。

摘要:湖泊与河流水文连通的量化是指导河湖保护与治理的关键之一,也是当前河湖生态复苏研究的热点问题。本文提出了一种湖泊与河流水文连通的量化计算模型,仅需少量实测或水动力模拟数据进行校验,即可量化计算单一或多个连通水道的河湖水文连通度。水位变化率与水位是决定水文连通的主控因子,水体交换强度与水位变化率呈线性正相关,且其增长速率与水位呈正相关。提出的水体交换流量计算方法可估算湖泊与长江水体交换流量。同等水位及水位变化率条件下,湖泊向长江输出水流的效率大于长江向湖泊灌入水流的效率。水文连通度峰值一般出现在整体上升或下降区间内的变异点,通过改变水位抬升或下降过程,可有效提升水文连通度均值及峰值,指导面向湖泊水生态环境改善的生态调度等。

摘要:2022年鄱阳湖流域发生自1951年有记录以来的严重干旱。为充分利用高时空分辨率影像探究鄱阳湖湿地干旱及生态响应过程,本文采用STNLFFM时空信息融合模型,融合了MODIS与Sentinel-2影像数据,构建出鄱阳湖2021—2022年平均时间间隔为15天的10 m高时空分辨率归一化植被指数(NDVI)影像序列,对比分析了不同年份水体面积以及NDVI的时空变化,在此基础上探讨干旱可能造成的生态影响。结果表明:(1)2022年鄱阳湖干旱持续近3个月,退水时间比2021年提前约80天。2022年10月鄱阳湖最小水体面积为680 km²,较2021年同期减少约1900 km²,较2021年枯水期最小水体面积减少约337 km²。2022年鄱阳湖湿地淹水时长小于90天的面积是2021年的3倍以上,约占总面积的30.77%。(2)2022年干旱过程中,湖区洲滩植被提前开始生长,NDVI均值在7月中旬之后迅速增大,较2021年同期均值最大相差0.27;到11月中旬,NDVI<0.2的面积为1527 km²,较2021年同期增加561 km²;到12月,NDVI值大于0.6的面积仅为15 km²,不足2021年同期的3%。(3)2022年鄱阳湖干旱引起的植被和水体变化改变了候鸟及长江江豚的栖息环境。湖区的碟形子湖具有较好的持水能力,对极端干旱具有较好的抵御作用。因此,本文建议在干旱期间,适当对湖区长势迅速的植被进行刈割,促使新芽萌发,保障候鸟的食源;开展高时空分辨率的水体连续变化过程监测和预测工作,以便及时救助非连通水体内被困的水生生物;对碟形子湖空间结构进行保护并适当给子湖补水,以保持碟形湖湿地生态系统的稳定性。

摘要:伴随泥沙淤积、水库运行、湖区围垦、岸线侵占和破坏等自然和人为因素的影响,洞庭湖区湖岸线已发生显著的改变,但是目前仍缺少遥感解译揭示其演变过程。利用1986—2022年多源遥感影像,通过归一化差异植被指数、最大值合成法以及大津法和目视解译相结合的阈值划分方法,识别并提取东洞庭湖、南洞庭湖和目平湖的植被带范围,进而分析洞庭湖区湖岸线的演变规律。通过栅格计算得到湖泊每年(相比于上年)植被带扩张和萎缩的面积,以及1986、1990、2000、2010和2020年植被带变化的空间分布。结果表明,洞庭湖区自然湖岸线呈现普遍扩张的趋势,并且不同位置在不同时期扩张和萎缩面积的占比不尽相同。东洞庭湖、南洞庭湖和目平湖的自然岸线所围水域面积分别缩减144.84、191.42 和80.48 km²,缩减率分别为27.83%、39.20%和48.26%。藕池河东支尾闾汇入东洞庭湖内,通过数字岸线分析系统对其自然岸线进行统计分析,结果表明:藕池河东支尾闾的自然岸线平均每年扩张距离为45 m,净岸线移动最大和最小距离分别为3281和386.93 m,线性回归的决定系数为0.68。总体而言,泥沙冲淤和水位变化是洞庭湖自然岸线变化的主要原因,人类采砂活动在局部区域造成了洞庭湖自然岸线的萎缩。

摘要:为提高汛前调水调沙期多目标博弈过程中小浪底水库的综合效益,本文构建了调水调沙模拟与综合效益定量评估数学模型。该模型由3个模块构成,其中:水沙计算模块考虑库区明流与异重流输移及干支流倒回灌过程,水库调度模块衔接库区水沙计算和坝下泥沙冲淤计算,效益评价模块采用经济效益指标衡量水库的综合效益。采用2013年和2014年汛前调水调沙过程对该模型开展了参数率定和验证工作,计算结果可模拟异重流潜入、演进、出库的全过程以及水库调度和发电过程。根据历年调水调沙实践经验选取关键调度参数,最终拟定降低对接水位或减小壅水程度的5种方案,采用模型对各方案展开调水调沙过程计算和综合效益评价。结果表明,调度过程中改变对接水位和壅水程度在减淤效益和兴利效益间存在冲突。通过比较综合经济效益指标,最终推荐对接水位为222.57 m并减小库区壅水的方案作为优选方案,可获得最大的综合效益。

摘要:汛期排沙是控制泥沙淤积的重要途径。本文通过概化理论推导分析了影响三峡水库汛期排沙的主要因素,依据实测水沙资料建立了三峡水库汛期排沙比经验公式,探讨了汛期优化调度下的泥沙淤积风险。研究结果表明:三峡水库蓄水以来汛期来沙占全年来沙的90.5%以上,且主要集中于场次洪水过程;建立了汛期排沙比经验公式,三峡汛期排沙比受流量和水位的双重影响,与代表进出库流量和坝前水位的综合影响因子呈较好的反比关系;汛期可采用“大水低位、小水高位”的运行方式提高综合效益。本研究能够为控制三峡水库泥沙淤积、优化汛期运行方式等提供重要参考。

摘要:长江与洞庭湖之间存在复杂的江湖水沙交换关系,水沙变化引起江湖冲淤变化,从而对长江中游区域防洪、水资源利用、航运及水生态环境等产生较大影响。本文利用实测资料较为系统地分析了荆江与洞庭湖水沙输移变化规律,结果表明:1955—2021年期间枝城、沙市、螺山站年径流量变化趋势不明显,监利站年径流量增幅为17.4%,三口分流洪道与七里山站均以减少为主;1955—1989年期间枝城与沙市站年输沙量变化趋势不明显,监利站明显增加,三口分流洪道与七里山站明显减少,1990—2021年期间各站均显著减少,其中三峡工程运用后荆江河段(枝城站)、三口分流洪道、洞庭湖出湖及城螺河段年输沙量分别减少90.1%、90.2%、22.5%及76.6%;受水库下泄径流过程改变的影响,荆江河段、荆江三口分流洪道、洞庭湖出湖与城螺河段年内径流过程均呈不同程度的坦化,枯水期平均流量均显著增加,消落期平均流量稍有增加,汛期出现一定程度的减少,蓄水期稍有减少,下泄径流过程坦化以及2006、2011年特枯水年分别引起荆江三口年均分流量减少41.2亿和32.4亿m³。随着三峡上游水库群陆续建成运用,荆江河段、三口分流洪道、洞庭湖出湖及城螺河段径流量将进一步坦化,由于干流河床泥沙补给逐渐减少,输沙量将进一步减少,预计长江与洞庭湖水沙输移变化规律将基本保持现有变化格局。

摘要:近年来,流域干旱逐年加剧,城市规模扩大和人口增加,使得水资源供需矛盾突出。因此,研究气象干旱与水文干旱之间的关系对水资源的影响以及评估不同城市对干旱的脆弱性至关重要。本文提出了复合干旱概念及判别标准;基于汉江中下游1973—2020年逐月降水、径流数据,利用标准化降水指数和借助粒子群优化算法改进的标准化径流指数分析了汉江中下游气象干旱与水文干旱的时空变化;结合耦合协调度模型探究了复合干旱之间的关系及时空分布特征。结果表明:(1)时间上,汉江中下游春季干旱由水文干旱主导;夏季整体无旱;秋季干旱由气象干旱主导;冬季由气象干旱和复合干旱主导。(2)时间上,1973—2020 年汉江中下游气象干旱与水文干旱整体耦合程度以较强(0.75＜C≤1)为主,协调程度以中协调(0.5＜D≤0.7)为主。空间上,2013年前汉江中下游各地区耦合度大小为:仙孝都市圈>荆门市>襄阳市>武汉市>天潜都市圈;2013年后各地区耦合度大小为:武汉市>天潜都市圈>襄阳市>荆门市>仙孝都市圈。(3)汉江中下游气象干旱与水文干旱耦合协调关系以高耦合中协调为主,且在研究期内耦合协调关系呈减弱状态,整体下降了7.8%。2013年以后汉江中下游流域天潜都市圈、武汉市干旱防治最为紧迫。本文提出的基于耦合协调模型研究复合干旱的思路和方法可为流域的干旱防治与发展提供理论依据,从而实现城市可持续发展。

摘要:为定量解析南四湖水源组成,厘清本地水与外调水的关系,精准保护湖泊水资源,本文建立了基于氢氧稳定同位素的贝叶斯混合模型,分析比较南水北调东线运行后调水期和非调水期不同水源对南四湖湖区的贡献比例及季节特征。结果表明:(1)流域降雨受到一定程度局地蒸发的影响,夏季受海洋蒸发水汽的影响;(2)南四湖地下水、大气降水、入湖河流和外调水等不同水源对湖区水体的贡献比例受南水北调东线工程运行影响较大,调水期分别为5.4%、8.7%、31.2%和54.7%,外调水贡献比例最高;非调水期分别为22.9%、53.0%、6.7%和17.4%,大气降水贡献比例最高,入湖河流贡献相对较少。(3)南水北调东线调水实施后,调水期的外调水量对湖区的贡献占绝对优势,表明调水对南四湖水量变化发挥了重要作用,调水活动逐渐取代自然因素成为流域水量变化的主要驱动因子。