摘要:

摘要:

摘要:湖沼学和湖泊科学发展历程深刻印证了长期野外观测与试验研究的重要性和必要性。全球范围内,科研机构通过建立长期观测野外站,系统开展了数十年至上百年的湖泊生态系统演化过程、影响机制与可持续管理研究,如美国Flathead湖、Trout湖和瑞士Zurich湖等。在中国生态系统研究网络和国家科技基础条件平台中心支持下,我国科学家陆续在武汉东湖、太湖、鄱阳湖、洞庭湖、梁子湖等建设野外观测试验站,开展湖泊生态系统长期试验观测和联网综合研究。本文系统梳理了全球和中国湖泊科学长期定位观测与试验研究进展,通过跨国别、跨区域、跨湖泊类型的案例对比,彰显了长期定位观测在揭示湖泊生态系统动态变化规律中具有不可替代性。研究强调,唯有通过跨区域联网观测,观测信息化和智能化提升以及观测与模拟模型结合,才能深入解析湖泊生态系统对气候变化、人类活动干扰的响应过程与弹性机制,进而为全球湖泊保护、生态修复与可持续利用提供关键科学支撑,推动湖泊科学从"现象描述"向"机制揭示"与"预测预警"的跨越式发展,最终服务于联合国可持续发展议程和美丽中国建设。

摘要:长江是中华民族的母亲河,是中华文明的重要发祥地,也是支撑中国经济社会发展的核心命脉,长江经济带高质量发展在根本上依赖于长江流域优良的生态环境。长江流域水生态系统长期定位观测是统筹推进长江水资源、水环境、水生态保护与修复的基本前提,对流域水生态系统科学研究和长江大保护国家战略实施具有重要科学意义。本文系统总结了国内外水生态系统长期定位观测与试验研究进展和经验,回顾了长江流域水生态系统长期定位观测与试验研究的发展历程及重要成果;系统梳理了国家野外站支撑长江流域水生态系统安全联合观测研究行动(2023-2025年)实施以来,在长江流域水生态系统基础数据整编、观测技术规范编制、水生态系统变化研究、共性问题联网观测试验、应用示范以及国际合作六个方面取得的工作进展和成效。针对未来长江流域水生态系统长期定位观测研究面临的问题与挑战,提出了未来长江流域水生态系统长期定位观测与试验研究的发展趋势和亟需加强的重点方向。本研究为长江流域水生态系统保护修复的科学研究与管理决策提供了基础认知,也为大型流域水生态长期定位观测研究提供了参考案例。

摘要:太湖在过去20年经历了高强度的污染治理与生态修复,同时受到气候变暖、热浪、洪水和干旱等气候变化因素的叠加影响,湖泊生态系统组成与结构发生了显著变化。本文基于江苏太湖湖泊生态系统研究国家野外科学观测研究站(简称“太湖站”)2005-2025年水质、浮游植物及大型水生植物观测数据,2007-2025年大型底栖动物观测数据,以及2012-2025年后生浮游动物的定位观测资料,结合太湖站同步的水文与气象背景观测资料,分析近20年太湖生态系统结构在氮浓度下降、水温增高、干旱、洪水、禁捕等气候变化与人类活动影响下的变化特征与机制。结果发现,(1)近5年来太湖水质改善明显:水体总氮年均值从2006年的3.71 mg/L降至2025年的1.56 mg/L,2021-2025年总磷年均值(0.089 mg/L)较2005-2020年均值(0.120 mg/L)降低26%;太湖水质改善程度存在明显的空间差异,重污染的西北湖区水质改善明显,但之前沉水植物分布较广、水质相对良好的南部与东部湖区水质变化不大甚至有所下降。(2)太湖主要生物类群的时空变化巨大:2023年以来,蓝藻生物量明显下降,蓝藻水华的关键种类微囊藻(Microcystis spp. )的生物量和优势度均大幅下降,而丝状蓝藻中的长孢藻(Dolichospermum spp. )、假鱼腥藻(Pseudanabaena spp. )及硅藻门中的直链藻(Aulacoseira spp. )、小环藻(Cyclotella spp. )、菱形藻(Nitzschia spp. )优势度增加;后生浮游动物枝角类中的象鼻溞(Bosmina spp. )优势度大幅下降,而桡足类中的中华窄腹剑水蚤(Limnoithona sinensis)优势度显著提升;大型底栖动物的密度大幅下降,主要是耐污型的优势种霍夫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)密度大幅减少,而相对喜清洁水体的河蚬(Corbicula fluminea)优势度、密度都明显增加。然而,太湖沉水植被状况依然较20年前退化明显,近年来在水质改善明显的背景下恢复并不显著,2025年与2014年相比,沉水植物分布面积大幅下降,传统沉水植物分布区龟山-漫山岛-西山-南太湖一线的竹叶眼子菜(Potamogeton wrightii)种群分布面积锐减,东太湖水域的沉水植物群落已基本被野菱(Trapa incisa)群落取代,形成覆盖度常高于95%的野菱单一优势种群连续分布区,南太湖荇菜(Nymphoides peltata)群落严重衰退,胥口湾水域植被覆盖度也在2025年显著下降。(3)从生态多样性角度看,除浮游植物外,太湖多数生物的多样性并未显著增高,空间异质性下降,沉水植被退化严重,太湖的生态系统结构仍处于十分脆弱的状态,存在蓝藻水华大规模暴发的潜在风险。总体而言,太湖治理可能已进入“水质改善-生态结构重组-系统韧性不足”的新阶段。流域营养盐入湖负荷削减虽然对太湖生态系统结构产生了重要的上行效应,但气候变暖、外源负荷变化、渔业禁捕以及洪水、干旱等极端气候事件也显著影响了太湖生物类群演替过程,并可能成为生态系统结构变化的重要触发因素。未来太湖治理的关注重点应当从“水质达标”向“生态系统健康恢复”转变,应加强对鱼类结构演变的生态效应监测与评估,在进一步严格控制外源氮、磷入湖负荷的同时,协同开展鱼类结构调整和沉水植物恢复,提高太湖生态系统健康水平。

摘要:经过15年的建设与发展,红枫湖水库生态系统贵州省野外科学观测研究站已形成集观测、研究、示范与服务于一体的高原深水湖库野外综合观测研究平台。本文聚焦西南区域水资源开发、水安全保障、水生态修复中的关键科学与技术问题,以典型湖库的多要素长序列定位观测为基础,系统总结了红枫湖站建设运行以来取得的主要研究进展:(1)阐明了水库生态系统具有水深大、多界面、逆周期水位波动、消落带退化等显著区别于天然湖泊的生态环境特征;(2)揭示了2009—2025年贵阳市红枫湖、百花湖水环境质量和富营养化状态的时空动态特征;(3)定量分析了2003—2020年气候变化和氮磷营养盐对湖库藻类水华的相对贡献及作用机制,凸显了气候变化下富营养化防治的紧迫性;(4)发现并论证了喀斯特湖库存在溶解无机碳施肥效应,促使浮游植物群落从硅藻、绿藻门向蓝藻门演替,更易发生蓝藻水华;(5)建立了双碳同位素(δ¹³C-Δ¹⁴C)、硝酸盐氮氧同位素(δ¹⁵N-δ¹⁸O)、磷酸盐氧同位素(δ¹⁸O_p)等同位素示踪技术体系,为流域污染精准溯源提供关键技术支撑;(6)基于自主构建的湖库沉积物一水界面原位高分辨观测技术,定量了典型湖库沉积物一水界面磷释放通量,揭示了季节性缺氧诱导的Fe-P还原溶解是内源磷释放的关键机制;(7)研发了沉积物原位钝化、气泡羽流增氧、氧纳米气泡界面复氧等系列生态修复技术和材料,在典型湖库实现推广应用。在此基础上,本研究对红枫湖站未来重点工作进行了展望,研究成果为西南地区水资源与水环境安全保障提供了重要科技支撑。

摘要:水生植物作为淡水生态系统的关键组成部分,在维持生态系统结构、功能和稳定性方面发挥着重要作用。然而,在全球变化背景下,水生植物正面临富营养化、气候变暖、新型污染物及生物入侵等多重胁迫,导致水生植被尤其是沉水植被呈显著衰退趋势。本文基于武汉大学梁子湖湖泊生态系统国家野外科学观测研究站多年系统性研究成果,从个体、种群、群落及生态系统多个尺度,全面综述了水生植物生态学与生态系统功能研究的主要进展。在个体与种群水平上,揭示了水生植物化学计量特征的环境调控机制,阐明了克隆整合与功能性状对异质生境的适应策略;在群落水平上,解析了生物多样性-生产力关系的关键调控因子及种间互作机制;在入侵生态学方面,系统阐明了环境变化与生物互作驱动外来水生植物入侵的机制,评估了外来植物对物质循环、附生生物群落及污染物响应的生态效应;在遗传进化方面,综合运用多组学手段揭示了水生植物的谱系地理格局、局部适应机制及入侵潜力;在生态恢复方面,通过长期原位监测与野外修复实践,验证了沉水植被重建对内源氮磷负荷的控制效果,提出了复合修复技术及生物调控的新思路。这些研究不仅丰富了对水生植物生态适应与生态系统功能关系的理论知识,也为淡水生态系统的保护、修复与可持续管理提供了重要的理论依据和实践指导。

摘要:水库作为一种人工湖泊,其数量和淡水储量在我国已超过天然湖泊,是地表可调控静态水资源的重要组成部分。水库的水文过程、地形地貌及运行管理方式等与天然湖泊有所不同,在生态学上兼具流水与静水生态系统的特征,湖沼学机制有其独特性。因此,设立科学观测站开展水库生态系统长期生态观测、原位试验研究与修复技术开发,对支撑水库生态环境安全保障与资源可持续利用具有重要意义。本文以中国科学院南京地理与湖泊研究所千岛湖生态系统研究站(简称千岛湖生态站)1965-2025年的水环境与水生态系统科学观测、试验研究与技术示范成果为例,探讨了我国大型深水水库生态学研究的进展与热点。千岛湖生态站2021-2025年的水质与生态指标监测表明,千岛湖水质总体稳定在贫-中营养状态,但关键断面仍面临水质波动、局部水域藻类异常增殖等生态环境风险;热分层等物理结构季节变化和年际波动明显;增温、强降水事件、高温干旱等气象水文事件及水库渔业经营、流域土地利用变化等人类活动,对千岛湖水质和生态系统影响深远。基于这些观测与研究,本文系统总结了千岛湖生态站在热分层动态、极端气候生态效应、碳氮磷多界面循环、藻类群落演替及鱼类生态效应等方面的理论认识。千岛湖生态站开发的水库监测、水质与水华预警及生态修复等技术已在我国同类水源水库的生态环境保护中展现出重要示范价值。面向未来,水源水库水质安全保障技术、水库物理环境变化机制与生态学效应、大型水库的食物网结构与生态调控、深水水库碳循环与温室气体排放,以及水库水环境的数字孪生与AI智慧管控等将是千岛湖水域生态系统的研究重点。

摘要:脂肪酸作为关键的生物标志物,不仅是水生生物维持生长、发育与繁殖所必需的能量与结构性物质,还因其在不同类群初级生产者中具有相对保守且特异的组成特征,能够有效示踪营养来源及能量流动路径,在水生生态系统食物网研究中具有重要意义。浮游动物作为连接初级生产者与高营养级消费者的关键中间环节,其脂肪酸组成既反映食物资源的质量与利用效率,也在很大程度上决定能量向高营养级传递的生态效率。洱海是云南省第二大高原淡水湖泊,近年来面临富营养化加剧等生态问题,但关于洱海浮游动物脂肪酸组成特征及其季节动态的研究十分有限。本研究于2025年7、9、10月在洱海5个采样点采集4种优势浮游动物——广布中剑水蚤(Mesocyclops leuckarti)、盔形透明溞(Daphnia galeata)、舌状叶镖水蚤(Phyllodiaptomus tunguidus)和长额象鼻溞(Bosmina longirostris),采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析其脂肪酸组成,结合置换多元方差分析(PERMANOVA)、相似性百分比分析(SIMPER)和冗余分析探讨月份、物种、采样点位及环境因子对浮游动物脂肪酸组成的影响。结果显示:(1)月份是影响浮游动物脂肪酸组成的首要因子,PERMANOVA分析表明,月份效应解释了总变异的40.93% (F=25.827,P<0.0001),而物种(R²=0.035,P=0.195)和采样点位(R²=0.059,P=0.082)的主效应均不显著;(2)浮游植物群落组成显著驱动悬浮颗粒有机物(POM)脂肪酸质量,硅藻门(尤其是小环藻属)和隐藻门与多不饱和脂肪酸(PUFA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)和花生四烯酸(ARA)呈显著正相关;(3)方差分解结果显示,POM脂肪酸与环境变量的联合解释度达54.25%,其中POM脂肪酸纯效应贡献28.43% (P=0.001),环境变量纯效应贡献14.28% (P=0.006),水温对浮游动物脂肪酸组成具有最显著的纯效应(P=0.001);(4)SIMPER分析表明,随水温下降,浮游动物体内多不饱和脂肪酸相对含量显著上升,EPA由7月的3.78%升至10月的7.86%,ARA由9月的3.41%升至10月的9.51%,而饱和脂肪酸硬脂酸(18:0)和棕榈酸(16:0)相对含量下降;(5)消费者脂肪酸质量峰值滞后于食物资源,9月POM中多不饱和脂肪酸占比高达60.22%,10月降至34.68%,但浮游动物体内EPA和ARA在10月反而达到峰值,提示营养传递存在时间滞后效应。本研究结果为理解高原湖泊食物网营养传递机制提供了科学依据。

摘要:沉积物—水界面是湖库内部氮磷转化与释放的关键部位,枯水期底泥板结与洪水期泥沙淤积可能共同改变沉水植被与养分通量。为揭示二者的交互效应,以东洞庭湖底泥和苦草为对象开展中尺度析因实验,设置底泥状态(板结/未板结)、淤积厚度(0、2、5 cm)与淤积类型(泥/砂)3个试验因子,培养周期共计10周(每个处理设置5次重复)。采用DGT二维成像与HR-Peeper剖面监测技术获取活性P、NH₄⁺、NO₃^-分布特征,估算界面表观扩散通量,进一步结合三因素方差分析与PERMANOVA分析解析驱动因子的作用。结果表明,淤积厚度是影响植物性状与界面养分动态的主导因子(R²分别为63.58%、36.34%),淤积类型次之(R²分别为19.36%、20.39%)。底泥板结对界面养分动态的解释度(14.85%)显著高于其对植物性状的解释度(1.85%)。各处理组界面磷通量均为正值;板结底泥在砂淤积5 cm条件时,磷外逸通量由对照组约0.05 pg/(cm²·s)升至约0.15 pg/(cm²·s)。NH₄⁺通量在多数处理下表现为界面净吸收,但板结底泥+5 cm泥淤积处理转为净释放(通量约0.18 pg/(cm²·s))。NO₃^-通量在不同处理情景下差异显著:5 cm厚度淤积会促进硝酸盐向上通量(通量>0.5 pg/(cm²·s)),而板结底泥+2 cm泥淤积处理出现向下通量(最低值约-0.8 pg/(cm²·s))。泥沙淤积与底泥板结的交互作用显著改变苦草组织N、P含量及N/P比,并诱导植株性状产生明显的交互响应。在本实验条件下,覆砂处理并非总能抑制磷释放,当底泥发生板结时,反而会增加P向上扩散的风险。

摘要:浅水湖泊中泥沙颗粒物及颗粒态磷(PP)的输移过程对底泥淤积和水质演化至关重要。针对太湖颗粒物与PP的输移机制及其对底泥淤积的贡献尚不明确的问题,本研究通过2024年的入出湖河道监测,结合2020年10月的全湖采样及粒径分级分析,采用通量平衡法,研究太湖入出湖悬浮颗粒物(SS)与PP的收支平衡、迁移特征和淤积规律。结果表明:太湖颗粒物湖内淤积量显著,磷伴随颗粒物滞留特征突出。2021年,太湖净入湖SS约40万t,淤泥体积约为55万m³,淤积速率为0.35 mm/a;同期PP净滞留量为989 t,约73%的入湖PP伴随颗粒物滞留于湖内,颗粒物沉降是磷蓄积的主要途径。太湖入、出湖颗粒物粒径及磷的赋存形态差异明显:入湖颗粒物粒径以20~50 μm为主,出湖以0.45~10 μm为主,而10~20 μm颗粒物携带了80%以上的PP。湖体水动力过程对颗粒物和PP的空间分布产生明显影响:太湖湖内颗粒物呈西部高、东部低的分布格局,而颗粒态磷呈西北高、东南低的分布格局。

摘要:太湖丝状蓝藻代谢产生的2-甲基异莰醇(2-MIB)已对水源地饮水安全造成一定威胁,但目前对太湖2-MIB浓度变化研究较少。为阐明太湖重要水源地2-MIB时空动态及影响因子,以东太湖为研究对象,在2023年高温阶段开展逐月监测与重点水域加密监测,分析东太湖主要产嗅蓝藻演替过程、2-MIB时空变化特征及主要驱动因子。逐月调查结果表明,东太湖产嗅蓝藻以拟浮丝藻(Planktothricoides sp.)为主,但拟浮丝藻mic基因丰度占比最高值由2022年的94.4%降低至2023年的90.8%。全湖2-MIB浓度最高值出现在7月,为306.3 ng/L;太浦河口—东茭咀水域2-MIB浓度最高值同样出现在7月,为507.8 ng/L;太浦河口—瓜泾口水域2-MIB浓度最高值出现在8月,为352.0 ng/L。重点水域加密监测中,7月13日2-MIB浓度最高,达769.6 ng/L;太浦河口水域2-MIB浓度变化剧烈,最高值可达2185.0 ng/L,明显高于瓜泾口与大太湖来水区域2-MIB浓度。相关性分析结果表明,水温是2-MIB高值发生的先决条件;总磷与2-MIB浓度呈显著正相关,氨氮与2-MIB浓度呈显著负相关。进一步分析2-MIB高值采样前24 h内风速,发现3 m/s以上的风速通过扰动底泥导致东太湖2-MIB浓度在短期快速上升。研究结果能够为东太湖2-MIB管理提供理论依据。

摘要:蓝藻水华已成为威胁湖泊生态安全和饮用水安全的全球性环境问题,及时、准确地预报蓝藻暴发有助于提前采取应对措施,减轻灾害风险。本研究针对传统机理模型参数众多、运算复杂等应用局限,以巢湖为研究对象,构建了融合监测数据与遥感信息的机器学习预报框架。通过整合多站点气象、水质监测数据以及卫星遥感数据,分析了气象和水质变量对蓝藻水华的时间累积效应。在此基础上,基于随机森林模型,分别构建考虑变量时间累积效应的预报模型(累积变量模型)和仅使用单日观测值的预报模型(单日变量模型),实现藻类水华暴发面积1~7 d提前预报。最后,引入基于博弈论的可解释性(SHapley Additive exPlanations, SHAP)算法,揭示了主要影响因子的贡献度及其非线性阈值规律。结果表明:(1)气象因子(气温、湿度、降雨量、气压)累积效应周期约为15~30 d,长于水质因子(氮、磷、溶解氧)的累积效应周期(1~10 d);(2)累积变量模型的预报精度(决定系数R²=0.66~0.75)优于单日变量模型(R²=0.56~0.63),其中1 d预报效果最优(R²=0.75,均方根误差=49.37 km²);(3)关键阈值条件包括:平均气温> 23 ℃、最大风速<4 m/s、降雨量>200 mm、氮磷比<15、pH>8.5、溶解氧<8.9 mg/L。本研究提出的预报方法仅需常规监测数据即可实现短期蓝藻水华预报,为富营养化湖泊管理提供了可推广的技术路径与决策支持。

摘要:微囊藻群体藻际中的附生细菌及其与微囊藻之间的相互作用影响藻群体的生长和维持,从而影响水华的生消过程。营养盐是影响微生物生长的重要因素之一,微囊藻水华的生消过程伴随着营养盐的波动变化。为探究营养盐变化对微囊藻群体附生细菌群落组成的影响,本文以一株从太湖分离得到的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)群体作为研究对象,基于多营养盐梯度培养实验,开展了不同营养盐条件(包括缺氮(ND)、贫营养(O)、中营养(M)、富营养(E)和超富营养(BG-11))对微囊藻群体附生细菌群落组成及藻菌互作的影响研究,探究微囊藻生长过程中附生细菌对营养盐变化的响应。结果表明,营养盐浓度显著影响附生细菌群落组成及多样性,缺氮、贫营养和中营养条件下群落组成更相似,富营养和超富营养条件下群落差异增大,且高氮磷浓度会降低群落丰富度和多样性。门水平核心类群为Proteobacteria、Bacteroidetes和Armatimonadetes,优势菌目为Rhizobiales、Caulobacterales和Pseudomonadales。在不同营养盐条件下优势类群不同:BG-11组以Actinobacteria、Cytophagales等为优势菌群;O组中Bradyrhizobiaceae、Hyphomicrobiaceae是主要差异类群;ND组的优势类群为Rhizobiales;M组中Comamonadaceae是优势类群,体现出营养盐对微囊藻附生细菌群落组成的影响。同时,营养盐梯度改变群落稳定性及藻菌互作关系,富营养组的微囊藻抵抗力和反应力更强。微囊藻与附生细菌之间在所有处理组均存在正向关系,在中低营养盐组中正相关增强,藻菌合作关系占主导。本研究揭示了藻际细菌群落及藻菌互作对不同梯度营养条件的响应规律,为不同营养水体微囊藻水华的维持机制提供理论支撑。

摘要:浮游植物作为水生生态系统的初级生产者,反映了水体的生态结构和功能状态。赣江作为长江主要支流及鄱阳湖流域最大河流,受复杂水文与人类活动干扰叠加影响,浮游植物对环境变化响应敏感。本研究基于2019-2024年赣江干流赣州至南昌段的水生态调查数据,结合1980年以来的历史文献,突破以往研究短期化、局部化的局限,系统揭示浮游植物群落的时空分布规律及40余年长期演替特征。结果表明:2019-2024年赣江干流浮游植物的优势门类为硅藻门;空间上呈现下游河湖交汇区生物量高于中游水库控制段的分布格局。冗余分析(RDA)表明,高锰酸盐指数、总磷、氨氮、总氮、水温、透明度、磷酸盐为影响群落分布的核心环境因子,且河流流动性(水动力梯度)的调控作用不可忽视。长期演替方面,1980年代至2024年赣江干流浮游植物优势类群经历从以硅藻为主,逐渐演替为多种藻类共存,再到蓝藻,最终回归硅藻的显著转变,反映赣江干流生态系统对人类活动(污染、水利工程)与环境治理的响应过程。本研究通过短期连续观测与长期历史追溯的跨尺度数据整合,精准识别了群落时空分布的核心驱动因子,并首次揭示赣江干流40余年优势类群的演替规律与生态响应机制。研究结果既可为赣江流域水生态修复与长期管理提供科学依据,也可为河流型生态系统对多重干扰的长期响应研究提供方法参考。

摘要:库湾作为丹江口水库水质安全的关键敏感区域,已成为库区水质安全保障工作的重点关注对象。研究基于2015—2024年的长序列监测数据,系统剖析了库湾主要水质指标及综合营养状态指数TLI(Σ)的时空分布特征,并深入探讨了库湾营养状态与藻密度的相关关系及其二者与水环境因子的关联特征。结果表明:近十年来,丹江口水库库湾主要水质指标浓度变化呈现分异特征,总氮(TN)、总磷(TP)浓度均值范围分别为1.08~2.34、0.019~0.132 mg/L,TLI(Σ)均值在31.05~51.26之间,库湾营养状态总体处于中营养水平;趋势分析结果显示,库湾TP浓度与TLI(Σ)呈现显著下降的趋势,其中TLI(Σ)在2018年5—10月间存在突变点,这与库区及上游长期推行的水质安全保障工作以及高水位条件对库湾水质的调控作用密切相关。季节变化上,冬季库湾各水质指标浓度普遍较低,部分年份秋汛期遭遇多次极端降雨事件,水库水位大幅抬升,库湾TN、COD_Mn等指标浓度呈现明显升高的趋势,但TP浓度降幅明显。空间分布上,库尾区域库湾水质相对较差,局部库湾富营养化风险较高。相关性分析与方差分解结果显示,库湾TLI(Σ)主要与污染输入过程密切相关,库湾藻类生长受水体理化指标尤其是水温的影响更显著。本研究成果可为丹江口水库库湾富营养化及藻类水华防控提供科学依据和决策参考。

摘要:富营养化湖泊是氧化亚氮的重要排放源之一,准确估算其释放量对评估全球氧化亚氮收支具有重要意义。然而,由于氧化亚氮排放具有显著的时空异质性且影响因素复杂,富营养化过程如何具体影响氧化亚氮排放尚不明确。为此,本研究选择中国第三大淡水湖太湖作为研究区,采用顶空平衡法测定水—气界面氧化亚氮扩散通量,并分析其关键驱动因素。结果表明:(1)太湖水—气界面氧化亚氮扩散通量介于1.7~30.6 μmol/(m²·d)之间,年平均值为(8.9 ± 5.1) μmol/(m²·d);尽管藻型湖区的富营养化程度显著高于草型湖区和过渡湖区,但三者的氧化亚氮排放量无显著差异,说明在太湖这类中度富营养化湖泊中,氧化亚氮释放与富营养化水平呈非线性响应。(2)水温是影响太湖氧化亚氮排放的最主要因素,进一步分析表明,氧化亚氮释放过程受水体溶解性有机碳与硝酸盐浓度共同调控。(3)基于以上结果,本研究构建了一个多元回归模型,仅通过引入水温这一易获取的环境因子,即可有效纠正政府间气候变化专门委员会(IPCC)对太湖氧化亚氮排放的高估。本研究深化了关于湖泊富营养化影响氧化亚氮排放机制的认识,并为湖泊氧化亚氮释放的准确估算提供了科学依据。

摘要:西凉湖是长江中下游典型的草型湖泊,沉积物中重金属的污染历史对区域环境管控具有重要指示意义。基于沉积岩芯的²¹⁰Pb/¹³⁷Cs定年,结合地球化学指标(Al、K、Ti、Ca、Mg、Zn、Cr、Cu、As、Cd、Pb)、粒度组成和有机质含量,以及重金属的富集系数(EF)和潜在生态风险指数(E_r、RI),重建了西凉湖1858—2021年重金属污染和潜在生态风险的演变过程。结果表明:沉积物中重金属的污染和潜在生态风险历史主要分为三个阶段:阶段Ⅰ(1858—1963年)为自然主导期,重金属的富集和风险程度较低(EF≈1,RI≤75);在阶段Ⅱ(1963—1988年)农业活动增加了As、Cd和Pb的富集(EF>1.5),由于草型湖泊生态缓冲作用(如碳酸盐沉淀导致Ca/(Mg+Al)比值升高及元素稀释效应),其生态风险尚未显现;在阶段Ⅲ(1988—2021年)工业排放加剧了Cd、Pb和Zn的污染,其中Cd的富集最为显著(EF>8),RI达到111(中等风险),Cd的贡献率高达84%。正定矩阵因子分析结果显示,自1858年以来,自然源的贡献由54%下降至3%,而农业源(以As、Zn、Pb为主)和工业源(以Cd、Zn为主)分别上升至44%和54%。Cd的生态风险指数于1993年突破强风险阈值(>80),这可能与工业污染物输入叠加植被退化导致的生态缓冲功能减弱及重金属形态再活化有关。本研究揭示了草型湖泊在重金属污染累积与释放过程中具有区别于藻型湖泊的“污染缓冲—风险转化”双重机制,为长江中下游不同类型湖泊的差异化治理与生态修复提供了科学依据。

摘要:落实"流域生态保护"国家战略,针对中国西北干旱区绿洲地下水系统面临的盐碱化与地源污染协同威胁问题,以玛纳斯河流域为对象,整合多学科方法揭示盐碱化与污染协同致险机制及健康风险传导路径。研究结合野外采样与室内分析,采用熵权水质指数(EWQI)、健康风险评估模型解析地下水质量与暴露风险,通过水化学演化分析识别自然与人为驱动的水文地球化学过程,并借鉴生态分区评价思路构建"盐度-污染-风险"三元耦合模型,实现多要素协同风险的定量表征与空间分区。结果表明:流域地下水呈弱碱性,水化学类型由南向北从HCO₃·SO₄-Ca型演变为SO₄·Cl-Na型,北部绿洲-荒漠过渡带水质劣化显著,As、F⁻、NO₃⁻超标率分别达70.40%、48.00%和31.20%,其中As对儿童和成人的致癌风险(CR)分别超过国际阈值11.4倍和5.3倍;流域由南向北从岩石风化主导过渡为蒸发浓缩主导,盐碱化通过蒸发浓缩与阳离子交换作用加剧污染物富集,叠加农业面源与工业排放形成复合污染;流域水质整体良好,但绿洲-荒漠过渡带Ⅲ类水超标率达27.58%,水质劣化受农业污染与蒸发浓缩双重驱动,非致癌风险以Cl⁻为主要贡献因子,而As致癌风险需优先防控儿童暴露;溶解性总固体浓度与Cl⁻、Na⁺浓度呈极显著正相关,As浓度与儿童CR高度关联,形成"盐度-污染-风险"链式协同效应。基于三元耦合模型,流域被划分为高风险区(18.40%,紧急治理)、中风险区(27.20%,动态监控)、低风险区(21.60%,预防管理)及安全区(32.80%,长效保护),并提出差异化管控策略。研究揭示了干旱区地下水系统中自然地质过程与人类活动的协同致险规律,为"一带一路"沿线绿洲水资源多要素协同管理提供了融合生态分区思想与定量评估方法的科学范式。

摘要:湿地是陆地生态系统中的重要碳库,其中植物源和微生物源有机碳是湿地土壤有机碳(SOC)稳定存储的重要组分。湖泊湿地是涵盖水文、地形和植被的综合性生态体系,因其地处水陆交错带具有明显高程差。本研究以鄱阳湖湿地表层(0~20 cm)和底层(20~40 cm)土壤为研究对象,结合地上、地下植物体组成和土壤基本理化性质,探究土壤植物源和微生物源有机碳沿高程的分布特征及其影响因素。结果表明:表层土壤SOC含量在各对应高程上均显著高于底层土壤,并沿高程呈逐渐升高的趋势,而底层土壤SOC并未随高程呈明显的梯度变化。表层和底层土壤微生物源有机碳(28.21%~62.66%、23.44%~54.10%)对SOC的贡献在对应高程上均显著高于植物源有机碳(15.81%~25.85%、16.73%~28.35%);其中表层和底层土壤微生物源有机碳含量及其对SOC的贡献均沿高程呈逐渐上升的趋势,而植物源有机碳则无明显变化趋势。基于偏最小二乘路径模型分析发现,植物和土壤主要是通过微生物源有机碳影响表层土壤SOC含量,而对底层土壤SOC含量的影响较小。

摘要:湖泊流域内水敏性与工业水环境污染胁迫的耦合协调,是实现流域可持续发展的重要途径。本研究构建了小流域尺度水敏性与工业水环境污染胁迫评价指标体系,运用耦合协调度模型、空间马尔科夫链、灰色关联度模型分析2007—2020年太湖流域水敏性与工业水环境污染胁迫耦合协调调度的时空演化特征及驱动因素。结果表明:(1) 2007—2020年太湖流域水敏性轻微下降,整体呈现西南高、东部低的空间分布格局;而工业水环境污染胁迫程度则显著提升,东部形成S型高胁迫带,西部保持低胁迫状态,空间格局呈现明显分化。(2)流域水敏性与工业水环境污染胁迫耦合协调调度整体下降,空间上呈西高东低分布,具有“俱乐部趋同”特征,并且存在一定的空间溢出效应。(3)太湖流域水敏性与工业水环境污染胁迫耦合协调度受到区域科技投入水平、产业结构、人口集聚程度、环境规制强度、经济社会发展水平等相关因素影响,各因素的作用及其影响程度表现出显著的空间差异。因此,本研究建议实施空间差异化水环境规制政策,优化流域内生产力空间布局,并健全全流域水环境综合治理体系,完善生态补偿与监测预警体系,以促进湖泊流域实现可持续发展。

摘要:博斯腾湖作为我国最大的内陆吞吐湖,在干旱区水资源调配和生态屏障功能中具有重要地位。然而,近年来湖泊化学需氧量(COD)持续超标,成为区域生态环境治理的突出问题。本研究构建博斯腾湖EFDC三维水动力水质模型,结合情景模拟方法,系统反演了2014−2023年博斯腾湖水动力条件及COD浓度的动态变化,设计多种水文调控情景并评估了不同水文调控措施对全湖水动力条件及COD浓度的改善效果。结果表明:1)博斯腾湖COD浓度的变化是自然过程(高蒸发量、低流速、长水龄)与人为活动(育苇区)共同作用的结果;2)博斯腾湖水动力条件较弱,且呈现西强东弱的特点,有效提升全湖水动力条件是削减COD浓度的关键;3)“引开济黄”情景通过重新分配入湖流量,显著改善了湖泊水动力条件,使COD浓度下降18.37%,是最优的调控方案。本研究不仅为博斯腾湖COD调控提供科学依据,而且为干旱区湖泊污染控制和水环境管理提供借鉴。

摘要:近年来,基于eDNA技术的生物调查监测快速发展并广泛应用,呈现出部分替代传统调查监测方法的趋势。在科研人员争相使用eDNA技术做研究、发论文的蓬勃发展态势下,存在一系列可能动摇这些研究结论根基、颠覆这些论文价值的风险。本文聚焦两个核心问题:其一,eDNA监测结果具体指向什么对象客体;其二,传统个体和生物量视角的群落生态学指标能否直接应用于eDNA监测数据的表述和分析。为此,本文从"将传统群落生态学量化指标拓展至eDNA监测数据表述和分析"的适用性出发,围绕四点展开探讨:①eDNA物种序列相对丰度的具体内涵;②基于该相对丰度计算的群落量化指标所指向的对象;③以序列相对丰度替代个体数(或生物量)占比计算群落量化指标的有效性;④用序列相对丰度计算的群落量化指标的概念和术语体系构建。最后提出3点建议:①审慎阐述eDNA监测结果,勿轻易将其与传统调查结果作等同表述;②科学界定eDNA监测结果及其派生指标的指向,避免在结果解释与讨论中出现概念混用与语义歧义;③凝聚共识,推动构建面向eDNA研究的概念与术语体系。本文仅为初步探讨,旨在引发进一步讨论。

摘要:湖泊生态系统稳定性是评估其健康状态的关键指标。针对现有评估方法存在的环境还原度不足与数据依赖性过强等问题,本研究基于Parparov等提出的生态系统稳定性评估框架,结合湖泊生态特征,遴选代表性指标,构建基于结构和功能双维度的湖泊生态系统稳定性指数,旨在从结构和功能两个视角量化并比较浅水湖泊的稳定性差异。本研究整合了洪泽湖、骆马湖2016−2021年逐月及2022−2023年季度浮游植物、浮游动物生物量,以及气象、水质数据,结合太湖2016−2023年逐月监测数据,定量评估我国东部3个典型浅水湖泊的结构稳定性和功能稳定性。结果表明:(1)2020年以来,3个湖泊综合结构稳定性指数均值由0.567±0.02下降至0.437±0.04,而综合功能稳定性指数维持稳定,表明湖泊生态系统功能稳定性整体优于结构稳定性;(2)3个湖泊对比显示,太湖的生态系统稳定性显著高于洪泽湖和骆马湖;(3)相关性分析揭示,气象、水质及水文要素与洪泽湖、骆马湖结构及功能稳定性的关联特征高度一致,但与太湖的相关性呈相反趋势。其中,水质要素中的氮、磷指标与3个湖泊结构和功能稳定性相关性最强。本研究的双维度稳定性指数为湖泊生态系统稳定性动态监测与评估提供了新的量化视角,有助于揭示浅水湖泊结构和功能维度的稳定性变化特征,并为未来在湖泊健康评价和生态修复中引入稳定性维度提供参考。

摘要:为探究淹水持续时间对大型水库消落带植物功能多样性的调控机制,以西南地区3座大型水库为研究区,系统测定了不同淹水持续时间下消落带植物功能性状及功能多样性指标。结果发现:(1)调查共记录维管植物17科30属34种,盖度≥25%的优势物种共8种。(2)中度淹水区(MF)功能多样性最高,显著高于轻度(SF)和重度淹水区(LF),优势物种性状分异及生态位分化显著。(3)LF区功能同质化明显,各功能多样性指数显著下降,仅主根直径显著增加(较MF、SF区分别高63%和154%),表明强淹水胁迫下群落通过特异增粗主根构建功能冗余结构;狗牙根(Cynodon dactylon)为高度特化的关键物种。(4)SF区的群落郁闭度、茎分支数、主根长以及根总鲜重显著高于MF和LF区,表明该区环境筛选出具有快速拓殖能力的性状组合;而狗牙根、牛筋草(Eleusine indica)、藿香蓟(Ageratum conyzoides)和苍耳(Xanthium sibiricum)的性状空间呈现分散独立的格局。(5)叶片性状变异系数在各淹水梯度均较大,印证其对淹水环境的敏感性。综上表明,在西南水库消落带,淹水持续时间是调控功能性状分散程度与功能多样性的关键驱动因子,年均淹没 ≥ 180 d的LF区侧重功能冗余策略;年均淹没<180 d的区域侧重功能互补策略。淹水梯度上的功能多样性响应差异,驱动了优势种形成多种适应性策略,因此可依据淹水持续时间实施差异化群落构建。

摘要:菰群落是鄱阳湖重要的湿地植物类群,其分布格局受湖区水文情势变化影响。自2003年鄱阳湖水位下降以来,菰群落呈现扩张趋势,可能对候鸟适宜生境产生重要影响。然而,菰群落的时空演变过程及驱动机制尚不清晰。本研究基于菰的物候特性与冬季的光谱特征,构建融合多源数据的高精度遥感提取模型,系统分析1987-2023年鄱阳湖菰群落的时空演变特征,并探讨其主要驱动因素。结果表明,研究期内菰群落主要集中分布于鄱阳湖12~14 m高程区和碟形湖区域,平均面积占比分别为62.87%和66.24%。1987-2023年间,菰群落面积总体呈先增加后下降的趋势:2003年前零星分布,自2003年起迅速扩张,并于2018年面积达到峰值(57.65 km²),2020年后面积急剧萎缩,近乎消失。2003年以来,水位下降与菰群落的快速扩张呈显著相关,表明水位可能是主要的驱动因素;而2020年的极端洪水及之后频发的干旱事件,在时间上与菰群落的迅速退化同步,暗示这些极端水文事件可能是导致菰群落退化的关键环境因素。本研究成果不仅为鄱阳湖湿地演变过程的认知提供了数据支撑,也为其后续保护与科学管理提供了关键性的决策参考。

摘要:为深入了解我国高原裂腹鱼类的死亡特征,并初步探索适合该类群死亡参数评估的方法,本研究以2020-2021年在雅砻江中游采集的厚唇裸重唇鱼种群(共189尾)为对象,采用加权线性回归法、Chapman-Robson法和Beverton-Holt法估算该种群的总死亡系数,并使用NMT(natural mortality tool)估算其自然死亡系数,进而对上述估算结果的可靠性进行评价。同时,基于Maunder模型估计结果,分析性别与年龄对厚唇裸重唇鱼自然死亡系数的影响,并应用NMT对18种裂腹鱼类的26个资源群体的自然死亡系数分别进行估算。结果表明:Chapman-Robson法与加权线性回归法得到的总死亡系数估值(分别为0.88和0.89 a^-1)比Beverton-Holt法更可靠;基于最大捕获年龄和生长参数的估算方法,分别会导致厚唇裸重唇鱼的自然死亡系数被高估和低估;采用NMT加权组合估算的自然死亡系数比单一传统方法更为可靠,其值为0.23 a^-1,对应的捕捞死亡系数为0.65~0.66 a^-1。以上结果表明,雅砻江中游厚唇裸重唇鱼种群可能正面临较大的环境阻力(包括非法捕捞所导致的捕捞死亡,以及水环境污染或栖息地丧失引起的自然死亡等)。Maunder模型分析表明,雅砻江中游厚唇裸重唇鱼在仔稚鱼阶段具有较高的自然死亡率,进入繁殖期后又会出现一次自然死亡的小高峰;雌性个体的自然死亡系数仅在4.31~5.71龄期间高于雄性,其余年龄阶段均低于雄性,而以往研究中多数裂腹鱼类雌性群体的自然死亡系数大于雄性群体。本研究还发现,高度特化与特化等级的裂腹鱼类自然死亡系数普遍较高,而原始等级的裂腹鱼类自然死亡系数较低且分布较离散。综上,建议针对我国裂腹鱼类建立一套通用的自然死亡系数评估方法,并考虑将自然死亡系数作为种群动态评估的一项重要指标。

摘要:为探究长江中下游通江湖泊褶纹冠蚌(Cristaria plicata)遗传多样性特征,本研究利用线粒体Cytb和cox1基因序列,解析了石臼湖(SJ)、七里湖(QL)、鄱阳湖(PY)和洞庭湖(DT)4个通江湖泊褶纹冠蚌群体的遗传多样性及遗传结构。结果显示,在4个群体共鉴定出90个cox1和42个Cytb单倍型;cox1和Cytb单倍型多样性分别为0.951和0.855,核苷酸多样性分别为0.03310和0.02118,其中褶纹冠蚌DT群体单倍型和核苷酸多样性最高;遗传分化指数和基因流分析显示,SJ群体与DT、PY群体间存在显著的遗传分化,与QL群体间无显著遗传分化,且群体分子方差分析显示遗传变异主要来源于群体内(cox1:78.01%;Cytb:83.23%)。中性检测和核苷酸错配分析表明,SJ和QL的褶纹冠蚌种群在近代历史上经历种群扩张事件,PY和DT群体未检测到扩张信号;单倍型网络与进化树分析皆显示群体间存在基因交流。结果表明,4个通江湖泊褶纹冠蚌群体总体遗传多样性较为丰富,群体间基因交流广泛但遗传分化显著,其遗传变异主要来源于群体内,遗传结构特征主要受到湖泊体量差异、支流水系规模、地理距离等区域性因素影响。研究结果为理解长江中下游淡水贝类遗传多样性形成机制及制定湖泊生态系统层面的保护管理策略提供了科学依据。

摘要:溪流生态系统因其丰富的水生生物多样性和特异性而具有重要生态价值,但同时也是极为脆弱的生态系统,亟需得到更多关注和保护。浮游动物作为水生生物食物网的重要组成部分,其在溪流生态系统中的功能和作用长期被忽视。为了深入探究浮游动物在溪流生态系统中的角色,本研究以受人类活动影响较小的赤水河源头流域作为研究对象,对比分析枯水期(12月)和丰水期(5月)两种不同水文条件下浮游动物分类群和功能群特征,以及两类群落与水环境因子之间的相互关系。研究共鉴定出浮游动物29种,其中枯水期鉴定出的物种数量(24种)是丰水期(12种)的2倍。与其他水体类型相比,溪流浮游动物密度(0.02~4.90 ind./L)极低。依据浮游动物生境偏好、体型、摄食习性等功能性状将分类群划分为11个功能群,其中以阶段性营浮游生活的底层刮食者类群、具备游泳能力的中小型捕食者和小型滤食者类群占优势,反映了浮游动物对湍流生境的功能性适应策略。底层刮食者类群占总功能群的比例由枯水期的17.7%激增至丰水期的68.4%,表现出对水文转换的敏感响应。此外,Mantel检验结果表明,功能群的构成与浮游植物藻细胞密度、水温、pH值、氧化还原电位、总磷、氨氮等多种环境因子显著相关,表现出比分类群更灵敏的环境指示特征。研究表明,划分功能群可以整合生态位相近的物种,从而有效弥补分类群在溪流浮游动物现存量评估方面的不足,为构建溪流生态健康诊断指标体系提供了新的理论视角。

摘要:流域内生态安全—城镇化水平的交互胁迫关系本质上是人地关系的相互作用,在城镇化加速推进、资源环境承载力趋于紧张的背景下,湖泊流域难以为区域的可持续发展提供稳定的物质支撑和生态保障。本文在人地关系地域系统理论的框架下,对不同湖泊流域的生态安全状况和城镇化水平开展定量分析,并对二者交互胁迫关系的空间异质性进行探究。研究表明:(1)在生态治理和区域发展的共同作用下,不同湖泊流域的生态安全和城镇化水平均得到不同程度的提升,其时空演变特征表现出显著的空间异质性。(2)不同流域在生态环境和城镇化的互动过程中所承受的胁迫强度各异,表现出差异化的耦合协调演化模式,发达流域协调程度高,生态基础好的流域城镇化发展普遍滞后;不同流域在生态安全—城镇化水平互动中所承受和施加的胁迫强度不同,反映出自然条件与发展阶段共同塑造的区域差异性。(3)生态安全—城镇化水平间存在复杂的交互胁迫关系,受自然禀赋和发展阶段等因素的影响,不同流域呈现出差异化的作用机制和演化特征,发达流域生态约束逐步减弱,生态优良且发展滞后流域生态对城镇化形成强约束,生态脆弱且发展滞后流域则呈现双向胁迫格局。因此,因地制宜地推进各流域生态治理和城镇化进程,探索适配性强、协同性高的发展路径,是实现湖泊流域高质量发展的关键支撑。

摘要:鄱阳湖与长江通过水体交换,共同形成了江湖之间复杂的洪枯调控与蓄泄关系,在长江中下游水旱灾害防御体系中占据重要地位。本文基于长江―鄱阳湖系统长序列水文数据以及遥感影像解译结果,结合三峡水库的调度周期,分阶段阐明了三峡水库运行前后鄱阳湖对长江干流及“五河”来水的调蓄过程,揭示了鄱阳湖洪枯调控能力变化特征及其影响因素。结果表明:(1)无论三峡水库运行前还是运行后,枯水期(12月―次年4月)和集中消落期(5―6月上旬)鄱阳湖出湖水量普遍小于入湖水量,日调蓄量大于0,湖区存蓄水量增加;汛期(6月中旬至9月上旬)和汛后蓄水期(9月中旬至11月)规律与之相反,全年出入湖水量基本平衡。此外,鄱阳湖日调蓄量与长江干流流量、入湖水量均呈显著正相关。(2)三峡水库运行后,鄱阳湖日调蓄量分布发生变化,表现为集中消落期日调蓄量正值增加,汛期日调蓄量正负值转换时间提前,以及汛末日调蓄量负值绝对值增加。受调蓄量变化影响,长江汛初(6月中旬)鄱阳湖的存蓄水量增加约14.15亿m³,而汛末(9月上旬)鄱阳湖的存蓄水量减少约85.52亿m³。鄱阳湖自身泄流能力增强、长江及鄱阳湖“五河”集中消落期流量增加以及汛后蓄水期退水速率加快是导致日调蓄量变化的主要原因。(3)受长江和鄱阳湖的水文过程与蓄泄能力变化共同影响,三峡水库运行后汛末及汛后蓄水期鄱阳湖自身蓄水功能减弱,“拉空”与“丰枯急转”现象突出,导致湖区退水加快,枯水历时延长,极枯水位频发。此外,偏枯的存蓄水量导致集中消落期鄱阳湖的剩余湖容增加,鄱阳湖对“五河”洪水的调蓄能力增强。相比之下,长江汛前鄱阳湖的剩余湖容较水库运行前同期减少,鄱阳湖对长江洪水的调蓄能力下降,其应对长江极端洪水的能力依然不足;鄱阳湖在汛末及汛后蓄水期对长江补水能力减弱,在枯水期其补水能力则基本保持稳定。研究成果可深化对鄱阳湖洪枯调控机制的认识,可为江湖系统治理提供科学支撑。

摘要:《中华人民共和国黄河保护法》明确提出要完善黄河水沙调控体系,提高输沙能力。汛前调水调沙期是小浪底水库大量排沙、恢复库容的关键时期,优化三门峡水库调度过程能够有效地为小浪底水库提供后续动力。国内外学者为此展开了广泛探索,对于水库调度的研究已从单目标调度发展为多目标协同优化;针对输沙计算的研究,也已发展出多种数据驱动模型方法。尽管现有研究已取得丰富成果,但针对汛前调水调沙期的研究仍显不足:汛前三门峡水库调度过程缺乏较为准确的出库输沙量计算方法;现有关于提升后续动力的同时兼顾发电与输沙效益的研究较为匮乏。本文以三门峡水库为研究对象,基于2003－2023年潼关、三门峡水文站日均水沙序列,构建融合注意力机制的XGBoost排沙预测模型,耦合改进的非支配排序遗传(NSGA-Ⅱ)算法建立三门峡水库多目标优化调度模型,并结合AHP-熵权组合赋权与VIKOR方法,实现不同来水来沙工况下调度方案的多维度优选。结果表明:本文构建的排沙预测模型精度较高,验证集决定系数达0.987,预测值与实测值拟合度高,可满足出库输沙量的计算需求;建立的多目标优化调度模型求解结果表明,在汛前6月下旬至7月上旬典型来水来沙工况下,优化调度方案整体优于实际调度过程,不仅增加了下泄流量超过2600 m³/s的持续天数,还显著提升了敞泄期的日均出库流量,实现了敞泄期内出库流量的整体提高,有效缓解了汛前小浪底水库后续动力不足问题。

摘要:洞庭湖流域的地表水资源在维护流域生态平衡、保护生物多样性及调节区域气候方面具有重要作用,同时也容易受到气候变化和人类活动的显著影响。尽管目前已有较多研究关注洞庭湖流域地表水面积的动态变化,但多数研究成果缺乏长时间序列的全流域系统分析,对驱动机制的解析也以定性描述为主,空间分析往往局限于主湖区。为此,本研究以全流域及子流域为对象,旨在系统揭示洞庭湖流域地表水面积的时空演变规律,定量阐明气候因子与人类活动对地表水动态的贡献,并分析子流域地表水分布重心的迁移规律。基于多源遥感卫星数据与JRC全球地表水数据集产品,综合运用M-K检验、Pettitt突变检验、Pearson相关分析及重心迁移模型,本研究系统分析了1990−2021年洞庭湖流域地表水面积的时空变化特征及其主要驱动因素。结果表明:①近30年来,流域地表水面积总体呈增长趋势,其中沅江水系增幅最为显著,达420.07%,空间差异明显,时间上呈现快速扩张、波动萎缩、恢复增长三阶段特征;②全流域地表水分布重心整体向西南方向迁移,东西向位移幅度最为显著,累计偏移19.56 km,各子流域重心迁移与区域水利工程建设、生态修复措施的空间布局高度相关,反映了人类活动对地表水空间格局的重塑作用;③降水是流域地表水面积增加的主要气候因子,而水利工程建设、退耕还湖等人类工程与生态修复措施则显著改变了地表水的空间分布格局;④气候变化对地表水面积变化的贡献率约为40% ~ 55%,而水利工程、退耕还湖等人类调控与生态修复措施的贡献率达45% ~ 60%,人类活动成为地表水演变的主导驱动因子。本研究有助于深入理解洞庭湖流域地表水资源的长期演变规律,为制定科学合理的生态系统保护与修复策略提供重要参考。

摘要:鄱阳湖是中国最大的淡水湖,在区域水安全和湿地生态系统完整性保护中发挥着关键作用。碟形湖作为鄱阳湖湿地系统的重要组成部分,其水位和水量变化直接影响鄱阳湖湿地水量平衡和生物多样性保护。然而,由于原位观测有限,地物类型复杂,加之干湿交替频繁,现有水量估算方法在精度和适用性方面仍存在显著不足。本研究基于多源遥感数据融合、水文连通分析、数字高程模型(DEM)及有限的水文观测数据,提出了一种新的碟形湖水量估算方法,并首次以8 d、30 m分辨率重建了2000—2024年间102个碟形湖的水面积、水位和水量时间序列。结果表明:(1)碟形湖孤立形态出现的时机存在空间异质性,赣江北支水系的碟形湖孤立形态开始和结束时的星子水位平均为13.85和14.28 m。(2)102个碟形湖多年平均面积为305.20 km²,占鄱阳湖水体面积的17.98%;孤立形态的碟形湖年均面积最大值出现在2023年(134.03 km²),占当年鄱阳湖平均面积的8.29%。(3)孤立形态的碟形湖在涨水期、退水期和枯水期的水量占比分别为1.91%、4.13%和6.00%;2000—2024年北部湖区碟形湖水量呈现减少趋势,而中部和南部碟形湖水量呈现增加趋势,对缓解湖区干旱情势起到重要作用。总体而言,本研究提出的水量估算方法为鄱阳湖及其他小型、浅水、季节性湖泊的水文监测与管理提供了新的技术路径,并为鄱阳湖水资源的可持续利用和生态保护提供科学依据。

摘要:流域可持续发展依赖于流域水生态系统服务供给,因此河流水生态健康是重要保障。本文以渭河流域为研究区,通过文献计量法梳理2004−2024年国内外相关数据和研究成果,深入探讨渭河流域水质、水生境、水生生物多样性及水生态健康的动态变化。此外,归纳了渭河流域水生态健康评估指标体系的构建特征,明确了不同水生态健康评价方法的优缺点和适用范围。在此基础上,揭示了渭河流域水生态健康演变规律。整体而言,渭河水质得到改善,浮游生物和着生藻类多样性在一定时期内呈下降趋势,但近年来呈现回升趋势。水污染和栖息地破坏是威胁渭河流域水生态健康的主要因素,尤其是渭河中下游仍然存在严重的水污染问题。在此基础上,结合渭河流域生态保护政策法规,评估了水生态环境管理对水生态健康的重要性。最后,结合“引汉济渭”调水工程,展望渭河流域水资源增加后对水生态健康的影响。

摘要:滇池作为云南省最大的淡水湖,其水域面积、形态及周边土地利用格局的演变对区域生态安全至关重要。为此,本研究通过整合历史地形图、航空摄影资料、锁眼侦察卫星影像、Landsat卫星影像,构建百年尺度滇池面积与形态变化数据集,并分析滇池水域范围的时空演变特征。首先,针对1985年以前无遥感影像数据的阶段,提出基于历史影像与地形图的半自动水域提取重建方法;其次,针对1980、1985及1990-2023年等可获取Landsat影像的时段,基于Landsat影像水体指数实现水域范围的自动化提取;然后,基于百年时序岸线解译结果,分析滇池水域范围及岸线形态时空演变规律;最后,基于土地利用类型及气候变化对滇池岸线变迁的驱动机制进行研究。结果表明:(1)滇池水体面积受人为管控政策影响总体呈波动变化态势,水体面积在1920s-2012年期间持续缩减,2012-2023年面积逐步回升;(2)百年尺度滇池面积减少8.55%,岸线周长增加10.44%,近圆度下降26.31%,岸线发育系数提升15.58%;(3)滇池岸线演变以人类活动为主要驱动因素,1985-2020年间,人工岸线长度增至原先的16倍,耕地岸线占比下降44.53%,极端干旱天气也会造成湖泊水域短期大幅萎缩。

摘要:深水湖泊温跃层低氧区的形成对湖泊生态系统结构与功能的稳定性构成威胁。抚仙湖储存了全国约50%的I类淡水资源,在我国水资源安全中具有重要战略地位。然而,气候变暖背景下抚仙湖温跃层低氧区的时空演变规律及其关键驱动机制尚不明确。本研究基于2021−2024年高频监测数据和过程驱动的水动力-生态模型(GOTM-WET),重建了1945−2024年抚仙湖温跃层低氧区的演变过程,并结合情景模拟揭示了关键生物地球化学耗氧过程对低氧区的调控机制。结果表明,自1980s以来,抚仙湖在分层期持续出现温跃层低氧区。与1980年相比,低氧区溶解氧浓度以(0.20±0.03)mg/(L·10 a)的速率下降,其发生深度以(0.45±0.21) m/10 a的速率上移,厚度以(1.07±0.17)m/10 a的速率增加,在温跃层中所占体积比例以(6.44±0.98)%/10 a的速率上升,年持续时间以(31.20±5.08)d/10 a的速率显著延长。这些变化与气候变暖导致的热分层增强(如Schmidt稳定性增大、温跃层增厚和分层期延长)显著相关。模型分析表明,温跃层低氧区主要的氧气消耗过程及其相对贡献分别为:浮游植物呼吸作用34.6%,溶解性有机物(DOM)矿化27.5%,颗粒有机物(POM)矿化19.7%,硝化作用16.7%,以及沉积物耗氧(SOD)1.5%。情景模拟进一步显示,DOM矿化和浮游植物呼吸是低氧区形成的关键驱动过程,而POM矿化、硝化作用和SOD在调控低氧区的强度、持续时间和垂向分布方面也具有重要作用。本研究系统揭示了气候变暖背景下,深水湖泊温跃层低氧区的形成受热分层过程(物理过程)与耗氧过程(生物地球化学过程)的协同驱动,为深入理解深水湖泊生态系统对气候变化的响应及制定适应性管理策略提供了科学依据。

摘要:嫩江流域作为我国东北地区史前文化遗址的重要分布区域,水资源与渔业资源丰富,是研究史前人类活动与水文环境相互关系的理想区域。本研究以嫩江流域月亮泡为例,定量重建全新世以来水文环境与渔业资源的演变过程,结合区域史前考古记录,深入探讨自然资源对史前人群生存策略与聚落演化的影响机制。本文旨在探讨以渔猎经济为主的史前社会如何应对水文环境波动以调整人地关系。结果表明:(1)在13−7 cal ka BP(新石器时代早中期),水文条件与渔业资源持续增长,最大鱼产力达到1928.55 t/a,最低可承载人口数量达9180人,足以满足当时人类生存所需的蛋白质需求。充足而稳定的水资源与渔业资源,促进了该时期聚落发展和定居模式的形成。(2)约6.0−5.0 cal ka BP(新石器时代晚期),可能受不稳定的气候波动和水患影响,区域聚落数量减少、聚落逐步向高地迁移。但渔业承载力仍高于聚落面积估算人口规模,表明该阶段渔业资源尚未构成显著人口约束,资源供需关系仍相对宽松,此时人均资源量可能相对增多。(3)约5.0 cal ka BP之后,水资源量减少,鱼产力降至1198.53 t/a,最低可承载人口数量减至5705人,至青铜时代中期,月亮泡水域的渔业资源已无法充分满足人口快速增长所带来的巨大需求。为此,人类逐步增加家畜饲养,以获取更稳定的蛋白质来源,从而维持社会发展。(4)水文条件变化也推动聚落空间格局的演变,新石器时代聚落更临近水体,而晚期聚落则向高地迁移,反映对洪涝灾害的主动规避。本文首次通过定量重建水文条件和渔业资源变化,揭示水文条件与人类生存、聚落选址以及生业模式之间的密切关系,为进一步研究人类与自然环境的互动提供新视角。

摘要:锂、硼、钾等战略性关键矿产在全球能源转型与高新技术领域具有不可替代的地位,当前深水盐湖中多元素协同富集机制及其动态变化的驱动因素仍缺乏系统研究。西藏龙木错盐湖作为典型的高海拔深水盐湖,其卤水以富集锂(Li)、硼(B)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)为特征,是开展上述研究的理想对象。本研究通过2 km×2 km网格采样,结合水文-气候分析模型,系统剖析2024年龙木错盐湖地表卤水中LiCl、B₂O₃、KCl、Rb₂O、Cs₂O的空间分布与垂向分异规律,并探究2009-2024年间LiCl、B₂O₃、KCl浓度动态演变的驱动因素。结果表明:2024年龙木错盐湖卤水LiCl、B₂O₃、KCl平均值分别为620.07 mg/L、441.44 mg/L和5.12 g/L;垂向分异显著,深层(>30 m)LiCl浓度较表层(0~10 m)提升7.50%,Rb₂O、Cs₂O同步富集,温跃层水体阻隔与底层缺氧环境是造成垂向分异的主要影响因素。平面上,盐湖东部因蒸发浓缩作用形成LiCl、KCl高值区,西北部受泉水补给稀释(年均流量3.41 m³/s)影响浓度降低;Rb₂O、Cs₂O的分异则主要受黏土矿物吸附与热液输入控制。龙木错盐湖资源元素分布受“高海拔极端气候-板块构造-热液活动”三重耦合作用驱动,垂向分异主要以水体物理阻隔为主导,平面分异受水文条件与地形差异控制。2009-2024年间,LiCl、KCl和B₂O₃浓度分别下降21.87%、24.81%和28.83%,冰川消融、泉水径流和大气降水补给是浓度变化的主要影响因素。该盐湖多元素协同富集机制可为西藏盐湖资源高效开发利用提供科学依据,对降低我国锂资源对外依存度具有重要战略意义。

摘要: