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摘要:城市湖泊兼具蓄洪、供水、景观旅游与生态维系等多重功能,具有重要的生态服务价值与社会经济意义。长江流域范围内分布的城市湖泊总数约35.5万个,总水域面积占全国城市湖泊总水域面积的65%以上,生态功能显著。然而,现阶段我国城市湖泊普遍面临汛期面源污染负荷偏高、生态补水潜在风险大、水生态系统韧性不强等问题。为实现水生态环境质量的整体提升,必须从生态系统整体性与流域系统性角度出发,推进基于源网厂河湖一体化的水环境与水生态协同治理模式。本文系统梳理了长江流域城市湖泊水环境与水生态协同治理的研究现状与发展需求,综述了国内外相关研究进展及工程实践成果,深入剖析了当前协同治理中面临的主要挑战:(1)部分城区旱季“藏污纳垢”、雨季“零存整取”问题仍然突出,尤其是汛期面源污染问题已逐渐成为制约城市水环境持续改善的主要矛盾;(2)城镇污水处理厂尾水补充湖泊生态用水的关键在于实现进入湖体的再生水与受纳水体的水质与水生态融合;(3)水体水生态系统韧性不足,流域系统治理不全面。在此基础上,本文凝练提出以“外源高效控制—补水安全保障—生境修复重构—系统优化配置—平台综合管理”为核心的系统性治理思路与重点任务,以期推动长江流域城市湖泊水生态环境治理取得新突破,为国家生态文明建设与绿色发展战略的深入实施提供科技支撑。

摘要:随着全球生物多样性保护需求的日益增加,如何精准获取生物多样性数据成为各国面临的重要挑战。基本生物多样性变量(EBVs)作为生物多样性监测的核心指标,能够为全球及区域性生物多样性保护政策提供科学依据。尽管传统的监测手段已为生物多样性研究提供了重要数据,但它们仍存在高成本、低效率和物种采集困难等局限。环境DNA(eDNA)技术作为一种新兴的监测手段,能够高效、精准地监测环境中各类物种,为构建基本生物多样性变量提供更为丰富的数据支持。本文探讨了eDNA技术在构建水生态EBVs中的应用潜力,并分析了其在我国生物多样性保护中的前景,旨在推动科学研究与政策决策的紧密结合;以EBVs的六大类别为分析主线,系统梳理并对比了我国现行22项国家、行业及地方尺度水生生物多样性监测与评价技术文件,评估其在不同EBVs层级上的覆盖特征。结果表明,我国水生生物多样性监测体系呈现显著的群落层级主导特征,约95.5%的技术文件集中于群落组成指标,监测对象以鱼类、浮游生物和大型底栖动物为主,而在《昆明—蒙特利尔全球生物多样性框架》强调的基因多样性、参数化种群动态及生态系统结构与功能层级上覆盖明显不足。同时,不同部门主导的技术文件在指标选择、监测对象和方法规范上差异较大,缺乏统一的时间序列设计和跨区域可比性。进一步分析表明,eDNA技术凭借其高灵敏度、非侵入性和多类群覆盖能力,可在一定程度上弥补基因多样性监测、隐蔽/珍稀濒危物种识别及高时空分辨率数据获取方面的结构性短板,为构建与EBVs框架对齐的水生生物多样性监测体系提供重要技术支撑。

摘要:柴达木盆地位于青藏高原东北部,其“高山深盆”构造格局和超10 km的新生代巨厚沉积造就了中国最大的陆相盐湖型钾盐成矿带,探明储量占全国总量的80%以上。新近纪以来,盆地经历了多幕次构造变形,在高原持续隆升和区域气候极端干旱化的背景下,发育出察尔汗、大浪滩—黑北、昆特依与马海等次级凹陷,构建了以卤水型为主、固—液共存的复合成矿体系,其成矿过程由构造、气候、物源和沉积四维要素耦合控制。本文在系统梳理构造—沉积演化与古气候演变的基础上,揭示了钾盐成矿的时空分布格局与控制机制。研究表明,构造分异是决定卤水汇聚与储集格局的主导因素,气候是驱动蒸发浓缩与矿化节律的关键动力,物源供给通过“深—浅耦合”二元机制持续富集钾元素。结合岩相古地理分异特征,更新世期间,盆地沉积中心多次迁移,致使柴达木盆地西北部不断干旱成盐。在系统分析成矿要素的基础上,将钾盐成矿演化划分为5个阶段:统一古湖沉降阶段、多级凹陷分化阶段、极端干旱浓缩阶段、断控承袭成矿鼎盛阶段及现代盐湖群阶段,并可总结为三大成矿模式——中部沉积中心型、前陆冲断带控矿型和西北部构造控矿型。该演化序列与模式不仅揭示了青藏高原隆升背景下盐湖成矿的动力学本质,而且为我国深层卤水钾盐资源的找矿勘探与成矿模式创新提供了理论框架与实践指引。

摘要:在全球气候变化背景下,极端气候事件频次与强度增加加剧了浅水富营养化湖泊中蓝藻水华的暴发与扩张,对湖泊生态安全和供水保障构成严重威胁。然而,极端气候事件如何驱动蓝藻水华的长期动态演变,其主导因子与作用机制仍不明确。本研究以洪泽湖为对象,基于1960－2024年共64年气象监测数据,开展Mann-Kendall趋势分析。结果表明:极端温度指数整体表现为显著增温特征,自1991年以来极端高温事件的总持续时间每10年增加5.33 d,发生频次每10年增加2次;同时,降水强度10年增幅为0.38 mm/d,强降水总量每10年增加15.18 mm。结合2003－2020年的遥感影像数据分析发现,洪泽湖蓝藻水华年均发生率上升1.15%,最大藻华面积扩大154.69 km²,首次出现时间提前24.56 d,潜在持续期平均延长27.20 d。SHAP归因分析结果表明,藻华发生率和最大藻华面积是对极端气候事件响应最为敏感的蓝藻水华指标,其中极端高温事件的平均强度起主导作用,该指标持续增强将进一步导致水华发生时间提前、分布范围扩大。值得注意的是,当温度超过一定阈值时,藻类生长可能受到热胁迫抑制,说明极端高温事件在蓝藻水华演变中具有“促进－限制”双重作用。本研究揭示了极端气候驱动下蓝藻水华的响应机制与阈值行为,可为湖泊水华风险预警与适应性流域管理提供理论依据与科学支持。

摘要:微囊藻作为水华蓝藻中最常被观测到的类群,其种类多样,且时空分布差异明显,但是其不同形态特征的季节性分布尚不明晰。本研究于2022-2023年对巢湖微囊藻开展连续监测,系统分析了微囊藻的形态特征、时空分布及其与环境因子(温度、营养盐等)的耦合关系。结果显示:微囊藻在群体大小和细胞直径上存在显著的种间差异。在群体大小方面,片状微囊藻(Microcystis panniformis)和铜绿微囊藻(M. aeruginosa)最大,显著大于水华微囊藻(M. flos-aquae)和放射微囊藻(M. botrys);在细胞直径方面,惠氏微囊藻(M. wesenbergii)最大,显著大于放射微囊藻、铜绿微囊藻和绿色微囊藻(M. viridis),水华微囊藻和鱼害微囊藻(M. ichthyoblabe)最小。这种形态分化伴随着对环境的差异化响应。氮和磷是影响微囊藻群体大小和细胞直径的关键环境因子,不同物种在各温度与营养梯度上的分布频率亦存在显著差异。具体而言,在低温区间,绿色微囊藻和假丝微囊藻(M. pseudofilamentosa)出现频率较高;在中温(包括中低温、中温、中高温)区间,惠氏微囊藻、挪氏微囊藻(M. novacekii)和铜绿微囊藻出现频率较高;在高温区间,放射微囊藻和史密斯微囊藻(M. smithii)出现频率较高。在低磷区间,鱼害微囊藻和铜绿微囊藻出现频率较高;随着磷浓度上升,放射微囊藻和绿色微囊藻出现频率逐步增加;达到高磷区间后,放射微囊藻出现频率则显著高于其他种类。相关性分析和广义线性回归模型结果进一步证实,温度和磷浓度对不同细胞直径的微囊藻物种具有调控作用。本研究旨在阐明巢湖微囊藻的生态适应机制,并为富营养化湖泊的蓝藻治理提供科学依据。

摘要:寒旱区湖泊生态系统对气候变化与人为干扰响应敏感, 其浮游植物群落动态可表征水生态环境变化。呼伦湖作为我国北方干旱—半干旱区的典型浅水湖泊, 在“引河济湖”工程实施后, 水体呈现富营养化特征。因此, 探究该湖浮游植物群落的构建机制及关键环境驱动因子, 对于湖泊生态修复与水华防控具有重要意义。本研究于2024年和2025年的春、夏两季, 对呼伦湖主体湖区及主要入湖河流共25个点位开展系统的生态调查, 旨在解析浮游植物群落的季节演替规律、分类Beta多样性特征及其与环境因子的耦合关系。结果表明: 呼伦湖及周边水域浮游植物群落结构呈现显著的季节演替。春季优势类群呈现显著年际演替, 由2024年以蓝藻门和绿藻门为共同优势类群, 至2025年转变为绿藻门和硅藻门; 两年度夏季均以蓝藻门为绝对优势类群。铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和卷曲鱼腥藻(Anabaena circinalis)成为优势物种。浮游植物年均细胞丰度为2.42×10⁵ cells/L, 季节分布呈现夏季(2.95×10⁵~3.20×10⁵ cells/L)显著高于春季(1.68×10⁵~1.76×10⁵ cells/L)的特征。尽管夏季物种丰富度较高, 但群落的Shannon-Wiener多样性指数显著低于春季。典范对应分析表明, 春季群落主要受总磷、浊度和溶解氧影响; 而夏季群落则主要受水温、总氮、五日生化需氧量和叶绿素a等因子驱动。分类Beta多样性分解显示, 季节间和年际间的分类Beta多样性主要由周转组分主导, 表明物种替换是呼伦湖及周边水域浮游植物群落构建的核心过程, 反映了强烈的环境筛选作用及生境异质性。本研究从物种组成和群落构建机制两个维度, 揭示了环境过滤是影响呼伦湖及周边水域浮游植物群落季节动态的核心驱动力。研究成果不仅明确了呼伦湖及周边水域富营养化过程中的关键调控因子, 也可为该湖及我国寒旱区同类型湖泊的水生态健康评估、蓝藻水华预警与生态修复实践提供科学依据。

摘要:浮游植物作为湖泊生态系统的主要初级生产者,影响着水体中的物质循环和能量流动,其群落结构与动态变化可直接反映出水体的营养状态和生态健康状况。为系统揭示北方寒旱区尾闾湖中浮游植物群落时空演变规律及驱动机制,选择典型湖泊岱海为研究对象,于2024年按季节采集水体与沉积物样品,系统分析浮游植物群落结构及其与环境因子的响应关系。结果表明,调查期间水体总氮(TN)、总磷(TP)浓度分别超过Ⅴ类和Ⅳ类水标准,沉积物TN、TP含量均超过全国湖泊沉积物氮磷平均水平。本次共鉴定浮游植物8门95种,以绿藻门、蓝藻门和硅藻门为主;浮游植物细胞密度、生物量与Chl. a浓度在冬季最高;浮游植物优势种为5门12种,以绿藻门和硅藻门为主,微囊藻(Microcystis)与蓝隐藻(Chroomonas)为全年关键优势种;Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数和Simpson优势度指数的结果表明,相较于秋、冬季,春、夏季浮游植物群落多样性更高,生态系统更稳定。岱海浮游植物群落在空间维度上表现出较小的异质性,表明浮游植物群落的多样性和丰富度主要受到季节变化的影响。统计分析结果表明,水温、pH、溶解氧、TN、溶解性无机磷是影响浮游植物群落结构的关键环境因子。多年调查结果表明,岱海浮游植物优势类群由硅藻、绿藻转变为蓝藻和隐藻。本研究揭示了北方寒旱区湖泊浮游植物群落季节演替的关键驱动机制,可为岱海生态治理和保护提供科学依据。

摘要:探明浮游植物群落结构的时间变化特征对于理解水生态环境演变具有重要意义。浮游植物类群的自动监测技术为揭示其多时间尺度变化特征提供了基础数据,然而高频监测数据往往具有多重周期叠加、异常值占比高等特征,导致传统时间序列分析方法面临周期分解不稳定的挑战。本研究以九龙江北溪江东水库为研究区域,获取了2017-2022年绿藻、蓝藻、硅藻和隐藻4个类群生物量的逐小时自动监测数据,采用多周期时间序列分解方法,将各个类群生物量分解为趋势项、年周期项、昼夜节律项和残差项4个组分。该方法使得在同一分析框架下,基于多年连续高频监测数据,能够同时定量刻画浮游植物群落在不同时间尺度上(尤其是昼夜节律)的变化特征。结果表明:(1)绿藻类群生物量从2019年中期开始迅速上升,于2021年达到顶峰并成为优势类群;其他类群生物量总体呈下降趋势。(2)各类群生物量均呈现明显的年周期特征,且年内波动在不同年份间具有较好的一致性,其中隐藻振幅最大,绿藻和蓝藻次之,硅藻最小。(3)各类群均存在稳定的昼夜变化节律,且生物量均在12:00-16:00达到峰值,其中绿藻振幅最大,蓝藻振幅最小。(4)季节循环和长期趋势共同解释了群落生物量变异的主要部分,而昼夜节律的贡献相对较小。方差分解结果表明:绿藻和硅藻的生物量变异主要由长期趋势和年周期驱动,而蓝藻和隐藻的生物量变异主要由年周期驱动。本研究明确了浮游植物在年际、季节和昼夜尺度的动态规律及各尺度的贡献权重,可为亚热带季风型水库有害藻华早期预警和水生态系统管理提供科学依据。

摘要:以5种洞庭湖典型湿地植物——菖蒲(Acorus calamus)、菰(Zizania latifolia)、芦苇(Phragmites australis)、短尖薹草(Carex brevicuspis)和香蒲(Typha orientalis)为研究对象,设置不同淹水时间(30、60、90、120 d)处理,系统分析其形态、生理响应及氮磷去除效率。结果表明,淹水时间显著影响植物的形态、生理响应和氮磷去除效率。形态上,随淹水时间延长,菖蒲的生物量和株高显著下降;短尖薹草的生物量和根长总体稳定,株高略有降低;而芦苇、菰和香蒲的株高则持续上升。生理上,随淹水时间延长,菰的丙二醛(MDA)和可溶性糖含量显著下降,抗氧化酶活性和叶绿素含量升高;芦苇的超氧化物歧化酶(SOD)活性和脯氨酸含量降低,可溶性糖含量升高;短尖薹草的SOD活性、MDA和叶绿素含量下降,可溶性糖和脯氨酸含量上升;香蒲的SOD活性、MDA和脯氨酸含量呈"降—升—降"的变化趋势(90 d最高),叶绿素含量则持续下降。净化能力方面,芦苇和香蒲对水体氮、磷的去除率随淹水时间延长持续提升;菖蒲、菰和短尖薹草在淹水60~90 d去除率达到峰值后转为下降。综上,不同植物对淹水环境的形态-生理-功能响应具有显著物种特异性和时间依赖性,芦苇和香蒲能够在持续淹水环境下维持较高的净化效能,更适合作为长期淹水湿地生态修复的优选物种。

摘要:全球变暖导致湖泊高温事件频发,加之东太湖2019年实施的“退养还湖”工程,二者共同作用,加剧了湖泊甲烷(CH₄)排放动态的复杂性。本研究旨在阐明湖泊高温事件与生态恢复对太湖CH₄排放的影响及其关联机制。基于太湖涡度通量网东太湖站点2018−2020年的高频观测数据,采用季节性阈值法识别高温事件,系统分析了高温对CH₄通量的影响及“退养还湖”工程的调节效应。结果表明,季节性阈值法能精准捕捉驱动CH₄排放的短期高温过程,适配季节性水温波动与CH₄排放高频时变特征,2018−2020年共识别出高温事件23次。高温事件对CH₄排放的促进效应存在季节差异,春、秋季强于夏、冬季。单次事件中,CH₄通量多呈现3阶段变化:前期平稳、中期激增、后期回落。“退养还湖”工程有效抑制了高温期的CH₄排放。生态恢复期间,高温事件前、中、后期CH₄通量(中位数分别为0.05~0.17、0.07~0.25、0.04~0.15 μg/(m²·s))较水产养殖期(0.42~4.89、1.05~5.26、0.71~4.60 μg/(m²·s))降低约72%~95%。本研究可为理解浅水湖泊碳循环对气候变暖与生态管理的响应机制提供理论支撑。

摘要:高原湖泊因其独特的季节性冰封特征,在全球温室气体(GHG)排放中扮演着特殊角色,具体表现为温室气体在冬季冰下累积,融冰期脉冲式释放。本研究以内蒙古乌梁素海为对象,解析冻融期上覆水体CH₄和N₂O的时空变化及其与环境因子的相关性,并基于冻融诱导的沉积物生物地球化学过程,探究上覆水体碳、氮营养盐及沉积物电子受体的变化规律,从而揭示冻融期湖泊GHG储存-释放的影响机制。结果表明:冬季冰盖形成使上覆水体溶解性CH₄累积性增加。有草区冰冻稳定阶段表层水体CH₄浓度最高,为93382.76 nmol/L;无草区融冰阶段后期深层水体(75 cm处)N₂O浓度最高,为181.93 nmol/L。相较于受沉积物内部过程与传质限制调控的N₂O,CH₄浓度对上覆水体的溶解氧与氧化还原电位变化响应更为敏感。冻融过程中,上覆水体总有机碳和总氮在冰冻期呈累积上升趋势,融冰期转为分解释放而下降,无机氮(氨氮、硝态氮、亚硝态氮)呈此消彼长的动态特征,共同参与硝化、反硝化等过程。碳、氮的迁移受沉积物生物地球化学环境和冻融驱动的氧化还原条件共同调控。沉积物有机质降解表现为垂向分层特点:中上层以硝酸盐/铁还原为主,中下层以硫酸盐还原为主。甲烷作为降解产物生成后,经沉积物-上覆水界面向上迁移,最终在冰下水体积聚。

摘要:为揭示不同人为干扰程度高原湖泊表层水体中微塑料(MPs)分布规律和成因,研究选取云贵高原人为干扰较弱的属都湖和干扰较强的星云湖为研究区,通过样品采集以及MPs分离、提取和鉴定等,对比分析两个湖泊表层水体中MPs分布特征和来源差异,为不同人为干扰程度的高原湖泊MPs污染防控和水生态保护修复提供理论依据。结果表明:(1)属都湖和星云湖MPs平均丰度分别为1.82和(2.14±1.25)个/m³,平均数量分别为478和(558±314)个/条。随着人为干扰强度的增强,两个高原湖泊表层水体中MPs平均丰度和平均数量均呈逐步升高趋势。(2)属都湖MPs以黑色、蓝色为主(平均数量合计为(295±12)个/条),星云湖以蓝色、黑色为主(平均数量合计为(403±106)个/条)。属都湖和星云湖的MPs形状都以纤维状为主,纤维状平均数量分别为462和(481±239)个/条。属都湖和星云湖MPs粒径≤200 μm的平均数量分别为(86±30)和(280±167)个/条。属都湖MPs主要聚合物类型有4种(人造丝(RY)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)),星云湖有7种(RY、PE、PET、低密度苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、环氧氯丙烷改性聚乙烯亚胺(PEM)、聚酯(PES)、聚乙烯醇(PVA)),说明星云湖MPs来源更广泛。随着人为干扰强度的增强,两个高原湖泊表层水体中黑色和蓝色、纤维状、粒径≤200 μm MPs的平均数量均呈现逐步增加以及主要聚合物类型数逐步增多的趋势。(3)属都湖为贫营养状态,人为干扰较弱,MPs污染主要原因有旅游活动、放牧活动和大气沉降;星云湖为轻度富营养状态,人为干扰较强,MPs污染的主要原因有生活污水排放、农田耕种、交通运输、鱼类养殖和捕捞、工业生产、旅游活动、大气沉降、放牧活动等。两个高原湖泊表层水体中MPs分布和来源存在一定的差异性,人为干扰状况是决定湖泊微塑料赋存水平的关键因素。

摘要:三峡水库周期性水位消涨导致消落带不同海拔梯度土壤中多环芳烃(PAHs)呈现差异性分布特征,土壤胶体具有比表面积大、有机质及表面电荷丰富的特性,对PAHs的迁移具有介导作用。基于土壤胶体—水位耦合视角,本研究对比了一个完整消涨周期(2022年6月—2023年6月)前后香溪河库湾多海拔(155~185 m)土壤的胶体特征与PAHs分布,揭示了人工水位调度驱动PAHs再分布的机制。结果表明:水位消涨后消落带土壤PAHs总含量降低了10.8%~59.6%。消落带不同海拔土壤胶体均具有良好的稳定性,能促进PAHs单体菲在多孔介质中的迁移。其中,165 m海拔土壤胶体特征以及PAHs分布对水位波动的响应最为敏感。水位消涨后,土壤胶体比表面积增加70.68%,胶体粒径降低了13.32%,Zeta电位绝对值提升18.86%,临界絮凝值提升至原水平的4倍,稳定迁移能力增强,土壤胶体特征发生了显著改变。Pearson相关性分析证实,胶体稳定性和Zeta电位是水位消涨过程中调控消落带土壤PAHs分布的主控因子,表明人工水位调度通过调控胶体稳定性和理化性质驱动土壤PAHs“汇—源”转化。研究结果对于理解水位波动对消落带生态系统的影响以及防控水体PAHs污染具有指导意义。

摘要:为明晰不同污染源对生态环境和人类健康风险的影响,以陕北能源化工基地典型河流窟野河为研究对象,在丰水期和枯水期分别采集59个沉积物样品,测定重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr、Hg和As含量,采用地累积指数和内梅罗指数评估重金属污染程度,利用正定矩阵因子分解模型(PMF)解析重金属污染来源,并分别结合潜在生态风险指数(RI)和人类健康风险评估模型(HRA)建立PMF-RI和PMF-HRA风险源耦合模型,定量解析各污染来源对潜在生态风险和人类健康风险的贡献。结果表明:沉积物中Hg含量由丰水期的0.10 mg/kg降低至枯水期的0.01 mg/kg,而其余7种重金属含量在枯水期明显高于丰水期。8种重金属均处于无污染或低污染等级,但内梅罗指数反映流域总体污染水平较高。基于沉积物重金属含量的PMF源解析结果表明,丰水期重金属污染主要来自工业源(48.23%)、交通源(31.06%)、农业源(11.84%)和煤炭开采源(8.87%);枯水期重金属主要来自工业源(58.83%)、煤炭开采源(28.12%)和交通源(13.05%)。基于污染来源的PMF-RI和PMF-HRA耦合模型结果显示,丰水期和枯水期的综合潜在生态风险指数平均值分别为160.27和147.00,对应中等和低风险等级,煤炭开采源(贡献率为48.27%)和工业源(贡献率为46.87%)分别为两时期的主要贡献者,Hg(占98.46%)和Cd(占69.52%)分别为两污染源的核心风险组分;总致癌风险指数在所有人群中均超出警戒风险水平,其中3~6岁男童的风险最高,主要归因于工业源(≥51.47%)的Ni暴露(≥80.13%)。基于污染源导向的环境风险评估结果可为该类地区开展污染防治提供科学依据。

摘要:在外源污染负荷持续削减背景下,内源污染已成为制约富营养化湖泊水质改善与精准治理的重要瓶颈。为揭示云南高原典型重污染湖泊杞麓湖底泥污染特征、内源释放风险及污染来源,2024−2025年对全湖20个采样点底泥总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)及重金属含量进行系统调查,并采用克里金插值法分析其空间分布特征,结合内梅罗污染指数法和主成分分析(PCA)评价污染程度并解析来源;在此基础上,选取西部河口、湖心及东北部典型区域开展静态模拟实验,定量评估氮磷释放通量。结果表明:杞麓湖底泥TN、TP和OM含量分别为2120~11300 mg/kg、270~2280 mg/kg和41.4~260.0 g/kg,70%采样点位综合污染等级达到中度及以上复合污染水平(内梅罗综合污染指数>2.0),TN为综合污染的主导因子。污染空间异质性显著,西南部入湖河口区和湖心区形成主要污染热点。PCA结果表明,杞麓湖底泥污染主要受两类来源共同影响:一类是以TP及Cd、Pb、Cu、Zn等重金属为标识的农业面源与工业点源复合污染,另一类是以TN和OM为标识的生活污水及内源藻类残体共同贡献的有机污染。静态释放实验表明,氮磷释放风险存在显著空间分异:湖心与东北部受藻源性OM分解驱动,为高效释放区,TP和氨氮最大释放通量分别达2.80和146.1 mg/(m²·d);西部河口区受外源硝态氮输入与OM累积共同耦合作用,脱氮作用强于有机氮矿化作用,表现为TN净吸收的潜在脱氮汇。研究表明,高原浅水湖泊底泥内源污染存量与释放风险存在明显空间非均一性及功能分异特征,可为内源污染的分区治理与精准管控提供科学依据。

摘要:为揭示温度对锁磷剂(LMB)钝化沉积物—水界面(SWI)磷(P)和砷(As)的影响及识别最佳修复温度,以富营养化浅水湖泊的SWI为研究对象,借助微电极系统、高分辨率间隙水采集技术、电感耦合等离子体发射质谱仪开展室内模拟实验,解析不同温度(10、20、30 ℃)下SWI中溶解氧(DO)、pH、铁(Fe)、锰(Mn)、溶解性有机质(DOM)的禀赋特征,高精度识别溶解态P、As的赋存规律。结果表明:温度升高会导致SWI中DO浓度降低、pH升高、DOM浓度升高,形成厌氧环境,从而促进铁锰氧化物的还原溶解,溶解态P、As得到释放;LMB对溶解态P和As的钝化效应的最优温度为20 ℃,第7天溶解态P和As浓度分别降低85.97%和41.43%,第50天分别降低了82.10%和20.35%;LMB的投加可促进沉积物中可移动态P、As向稳定态转化,20 ℃时稳定态P由48.55%增加到51.05%,稳定态As由62.20%增加到68.92%。本研究证实了LMB对SWI中溶解态P和As的钝化效应存在温度依赖性。研究确定的20 ℃最佳修复温度,可应用于温带与亚热带地区浅水湖泊在春、秋季水温适宜期的内源污染治理。

摘要:淡水湖泊是全球碳循环的热点区域,也是地表碳排放的重要源区。本文以中国最大的吞吐型淡水湖——鄱阳湖流域内的卫星湖群为研究对象,通过结合腔衰荡光谱技术、稳定同位素和有机质光谱分析等手段,系统探究了不同水文条件下该湖群二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)排放的时空特征、产甲烷途径及其关键驱动因素。研究发现,鄱阳湖流域卫星湖群的碳扩散通量表现出由水文条件主导的显著时空异质性,CO₂扩散通量在不同规模湖泊中呈现不同的季节模式:大中型湖泊在丰水期因陆源输入增加和异养呼吸增强而升高,均值为(13.68±26.77) mmol/(m²·d),而小型湖泊(<10 km²)则在枯水期表现出更强的排放,通量均值为(18.23±28.72) mmol/(m²·d)。高碳排放区集中在受陆源输入影响强烈的入湖水域及浅水区,丰水期CO₂释放峰值可达127.8 mmol/(m²·d)。同时,CH₄排放在所有湖泊中均表现为丰水期高于枯水期,在中型湖泊中季节差异尤为显著,均值从枯水期的(0.07±0.12) mmol/(m²·d)增至丰水期的(0.27±0.23) mmol/(m²·d),但局部区域枯水期的排放峰值可达2.6 mmol/(m²·d)。稳定同位素证据揭示产甲烷途径发生了转变,从丰水期到枯水期,α_C的整体范围缩小且最大值从1.07降至1.05,表明产甲烷途径从丰水期的氢气还原与乙酸裂解共存,转变为枯水期以乙酸裂解为主。进一步分析表明,CO₂的排放驱动力从丰水期的外源输入和呼吸作用,转变为枯水期的内源光化学与生物降解;而CH₄的产生途径则从外源底物驱动的湖底产甲烷,转变为内源物质在局部微环境的分解。这些发现表明,流域过程显著影响吞吐型湖泊碳排放,有助于深入理解湖泊碳循环动力学过程。

摘要:鄱阳湖是东亚—澳大利亚迁飞通道上的重要栖息地,系统评估其越冬水鸟多样性的时空变化,可为区域湿地保护格局优化提供科学依据。本研究基于2013-2023年鄱阳湖44个调查地点的越冬水鸟监测数据,采用物种丰富度、多度、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数等生物多样性评价指标,分析越冬水鸟群落的年际变化趋势、不同食性功能群及保护地内外的特征差异,并刻画多样性的空间分布格局。结果表明,2013-2023年共记录越冬水鸟109种,隶属7目16科。越冬水鸟多度未发生显著变化,但群落结构已明显调整。不同食性功能群响应分化明显,食莎草/禾本科等功能群的多样性指数上升,食无脊椎动物功能群多度下降,食块茎类功能群多度虽有下降趋势但不显著。保护地内多样性普遍较高,但个体数量有所下降;而在保护地外个体数量上升。根据Shannon-Wiener多样性指数均值及变化率,将调查地点划分为生物多样性核心区、退化预警区、恢复潜力区和脆弱区4类,揭示了鄱阳湖越冬水鸟多样性显著的空间分异格局。因此,在湖区水鸟数量总体稳定的背景下,建议结合不同食性功能群的差异化响应规律及保护地内外多样性格局,对上述4类区域实施分区管理与协同保护,以提升鄱阳湖越冬水鸟种群及其栖息地的整体韧性。

摘要:鱼类指示物种筛选是水生态健康评价的重要工具,其关键在于筛选出对环境变化敏感且具有代表性的物种。为构建适用于黄河上游干流的鱼类指示物种筛选体系,本研究基于2022-2023年野外调查数据,结合鱼类群落分布特征及其与环境因子的响应关系,通过多维度分析方法筛选指示物种,并利用指示值法对筛选结果进行验证。首先,采用冗余分析解析鱼类分布与环境因子的关联性,并分析物种分布对每一环境因子的响应;其次,利用RLQ排序和四角分析,量化鱼类功能性状与环境梯度的耦合关系;最后,基于以上两种方法筛选出对环境变化具有显著响应的物种作为指示物种。最终确定黄河裸裂尻鱼(Schizopygopsis pylzovi)、骨唇黄河鱼(Chuanchia labiosa)、花斑裸鲤(Gymnocypris eckloni)、极边扁咽齿鱼(Platypharodon extremus)、厚唇裸重唇鱼(Gymnodiptychus pachycheilus)和拟鲇高原鳅(Triplophysa siluroides)共6种土著鱼类为黄河上游干流的关键指示物种。基于指示值分析法评估物种对特定生境的指示强度,对筛选结果进行验证,结果发现:6种指示物种中的5种(黄河裸裂尻鱼、骨唇黄河鱼、极边扁咽齿鱼、厚唇裸重唇鱼和拟鲇高原鳅)均具有显著指示作用。利用随机森林模型,分析指示物种的出现与否和环境扰动之间的关系及其响应趋势,发现水库年龄、水产养殖年限以及大坝数量是预测指示物种出现与否的重要变量,随着水库年龄和水产养殖年限的增加,指示物种出现频率显著下降,而大坝数量与指示物种缺失概率呈非线性关系。本研究成果可为指示物种筛选提供方法学参考,同时也为流域水生态保护与管理提供科学依据。

摘要:为探究乌东德水电站坝下江段鱼类资源的时空动态,本研究于2024年5月-2025年4月利用Simrad EK80型鱼探仪(工作频率200 kHz)开展水声学调查,结合流刺网渔获物调查(5月和11月)及坝下右岸固定集鱼站逐月监测数据进行分析。渔获物调查采集鱼类6科24属31种250尾,以鲫占绝对优势(44.4%),其次为圆口铜鱼(5.6%)和䱗(5.2%);5月种类和数量均高于11月。固定集鱼站集获鱼类11科40属55种35026尾,数量占比较高的为䱗(54.90%)、贝氏䱗(32.98%)和中华沙鳅(5.11%),日均集鱼量呈显著季节性峰值(6-9月)。水声学探测目标强度对应鱼体长为10.1~117.4 cm,各月密度为3.07~53.43尾/1000 m³,其体长及密度的变化趋势与渔获物调查结果一致,并在月尺度上与集鱼站监测结果呈显著相关(密度:R=0.73,P<0.01;5-10月体长:R=0.82,P=0.047),表明水声学和集鱼站监测在“空间覆盖”与“时间连续性”方面形成优势互补。声学探测进一步揭示坝下鱼类典型季节性空间格局:春夏季(3-8月)以产卵驱动的空间聚集为主,不同物种产卵场随月份在坝下1.8~12.0 km间移动;秋冬季(9月-次年3月)鱼类分布趋于离散,呈扩散-低密度-间歇性回迁的动态格局。整体变化可概括为繁殖驱动-扩散-低密度-回迁的季节性过程。研究结果可为集鱼系统运行优化与坝下河段生态调度提供科学依据,并可结合声学标记追踪、水文与环境因子进一步解析驱动机制。

摘要:为了解长江十年禁渔以来镇江段鱼类群落结构及多样性变化,本研究于2021-2024年每年鱼类繁殖期(4-7月)、育肥期(9-11月)各开展1轮采样调查。4年期间,长江镇江段共调查792网次,采集到鱼类样本3908尾,总重为575.62 kg,鉴定出鱼类66种,隶属9目16科47属。研究期间,长江镇江段鱼类物种组成以杂食性/肉食性、淡水定居型和底层鱼类为主,分别占总物种数的40.91%/40.91%、69.70%、43.94%,群落优势种为鳊(Parabramis pekinensis)、贝氏䱗(Hemiculter bleekeri)和蛇鮈(Saurogobio dabryi)。2024年鱼类物种数最多(48种),明显高于2023年(39种)。单因素方差分析结果显示,鱼类群落多样性水平年际差异明显,2024年鱼类Shannon-Wiener多样性、Margalef丰富度、Pielou均匀度和Simpson优势度指数均最高,2024年鱼类Shannon-Wiener多样性指数(3.04)显著高于前3年,Margalef丰富度指数(6.86)显著高于2023年,Pielou均匀度指数(0.79)显著高于2022年。丰度-生物量比较曲线(ABC曲线)分析显示,禁渔实施后,长江镇江段鱼类群落结构受干扰程度总体较小。2022年受异常枯水位影响,鱼类群落整体受到中度干扰,稳定性下降,2024年鱼类群落初步达到稳定状态。等级聚类分析和非度量多维尺度分析结果表明,长江镇江段鱼类群落基于65.81%Bray-Curtis相似性阈值划分为2个类群:类群Ⅰ为2021年,类群Ⅱ为2022-2024年。2022-2024年较2021年光泽黄颡鱼(Pelteobagrus nitidus)、贝氏䱗、银鲴(Xenocypris argentea)等小型鱼类相对丰度有所下降,刀鲚(Coilia nasus)相对丰度上升,群落结构呈现一定的演替特征。长江十年禁渔政策实施后,镇江段鱼类资源呈逐步恢复趋势,群落较为稳定,但鱼类群落的恢复并非简单的线性上升,而是同时受到“禁渔(正向)”和“异常枯水位(负向)”因素影响。本研究厘清了长江十年禁渔以来镇江段鱼类群落结构的基本特征及变动趋势,可为禁渔效果评估及水生生物完整性指数评价提供支撑,助力长江十年禁渔政策行稳致远。

摘要:为探究长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区江津江段鱼类群落营养生态学特征,于2024年丰水期和枯水期,利用碳(δ¹³C)、氮(δ¹⁵N)稳定同位素技术,对该江段42种鱼类共246尾样本进行了分析。结果显示:(1)从整个鱼类群落水平来看,δ¹³C值的范围为-28.76‰~-19.05‰,丰、枯水期间无显著统计学差异,而δ¹⁵N值的范围为3.73‰~13.01‰,存在显著的季节性差异,反映了清晰的营养级分化;(2)江津江段鱼类群落营养级范围为1.17~3.82,平均值为2.37±0.45,呈现出多层次的营养关系;(3)群落营养结构存在显著的水文期差异,枯水期整体δ¹⁵N值及主要摄食功能群的营养级水平均显著高于丰水期;(4)校正后标准椭圆面积衡量的群落营养生态位宽度在丰水期大于枯水期,表明食物资源利用格局具有水文期差异。研究为理解长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区鱼类群落的食物网结构、水文期动态及其资源利用策略提供了重要视角,也为该区域的鱼类多样性保护和生态系统管理提供了科学依据。

摘要:为探究水位波动背景下调蓄湖泊鱼类的营养生态位特征,本研究以洪泽湖为研究区域,通过碳、氮稳定同位素技术,分析了鲤(Cyprinus carpio)、光泽黄颡鱼(Pelteobagrus nitidus)、花䱻(Hemibarbus maculatus)、黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)、蛇鮈(Saurogobio dabryi)和似刺鳊鮈(Paracanthobrama guichenoti)6种常见底层鱼类在低水位期(7月)和高水位期(11月)的营养级、营养生态位宽度、生态位重叠和主要食物来源。研究发现,6种底层鱼类的营养级均值介于2.43~3.65之间,处于中营养级水平,但δ¹³C-δ¹⁵N二维空间分布、营养级及资源利用特征在不同水位期和物种间存在显著差异。6种底层鱼类在两个水位期呈现差异化的营养生态位特征。其中,鲤、蛇鮈和似刺鳊鮈的营养生态位在高水位期大幅扩张,呈现营养扩散;光泽黄颡鱼和黄颡鱼的营养生态位在高水位期整体缩减,呈现营养压缩;而花䱻在两个水位期的营养生态位相对稳定,呈现营养位移。生态位重叠分析显示,低水位期6种底层鱼类的生态位重叠高度不对称,潜在种间竞争较强;而在高水位期,生态位重叠趋于对称,竞争压力有所缓解。研究结果表明,水位波动通过改变生境条件与食物资源格局,显著影响了洪泽湖底层鱼类的营养生态位结构及其种间关系。本研究为认识调蓄湖泊水位波动背景下鱼类资源利用与共存机制提供了重要依据,并可为水位调控下湖泊鱼类资源保护提供科学参考。

摘要:抚仙湖是我国蓄水量最大的深水型淡水湖泊,2010年以来,因入湖流量减小等原因,湖水位出现下降现象,土著鱼类自然繁殖受到影响。为保护抚仙湖珍稀鱼类资源及生物多样性、维持湖泊生态系统健康可持续发展,亟需研究确定面向抚仙湖特有鱼类生境保护与修复的适宜生态水位。本文以抚仙湖特有鱼类鱇浪白鱼(Anabarilius grahami)为目标物种,针对鱇浪白鱼成鱼期生境需求,选取水温、流速、溶解氧3个关键生境因子,考虑抚仙湖深水湖泊特征,构建了基于环境流体动力学模型(EFDC)的三维水动力水质模型,以生境模拟法为基础提出了适用于深水湖泊的垂向累计加权可利用面积,计算得到了抚仙湖适宜生态水位目标值并分析了可达性。结果表明:①水温、流速、溶解氧3个关键生境因子适宜度指数空间分布特征不同。水温、流速适宜度指数随水深增加变化幅度较小且对三者综合后的生境适宜度指数影响不大,而当水深大于15 m时溶解氧适宜度指数显著减小,溶解氧是垂向上影响生境适宜度指数分布的主要因素。②不同水位方案下鱇浪白鱼生存空间内(水下0~20 m范围)加权可利用面积变化规律基本相同。随水深增加,适宜鱇浪白鱼生长的加权可利用面积呈逐渐减小特征,并在水深大于15 m后大幅减小。③建立湖水位与鱇浪白鱼生境垂向累计加权可利用面积之间的响应关系,发现垂向累计加权可利用面积随水位上升呈先增大后减小的变化特征,曲线最大值对应的适宜生态水位目标值为1722.29 m,考虑气候变化与人类活动驱动下的抚仙湖水位变化预测以及流域规划的引调水规模,该适宜生态水位目标值具有可达性。

摘要:雅鲁藏布江是重要的国际河流之一,也是全球生态系统最为敏感和脆弱的区域。真核浮游植物在维持该河流生态系统平衡中发挥着重要作用。为揭示雅鲁藏布江下游代表性一级支流尼洋河和帕隆藏布真核浮游植物群落多样性、时空分布特征及其关键驱动因子,本研究基于高通量扩增子测序技术,于春季、夏季、秋季3个季节对该流域开展了真核浮游植物多样性格局及其驱动因子研究。结果显示:该流域3个季节共鉴定出真核浮游植物6723个扩增子序列变体ASVs,隶属于8门39纲87目100科265属,其中淡色藻门丰度在各季节中均最高。总体上,Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数均表现为春季>夏季>秋季,且在季节上均存在极显著差异。在群落构建机制方面,夏季由随机过程主导,而春、秋季则由确定性过程主导。此外,3个季节均存在极显著的地理、海拔和环境衰减趋势。真核浮游植物群落间的相互作用均以协作为主。环境因素在3个季节中对群落的解释度均显著高于地理因素和海拔因素,春季真核浮游植物群落的关键驱动环境因子是pH、溶解氧、水温、浊度、氨氮、海拔;夏季为电导率和水温;秋季为水温、溶解氧、电导率,水温在3个季节中均对真核浮游植物群落产生了极显著影响。本研究为高原地区微生物多样性保护与水生态健康管理提供了重要依据。

摘要:大型水库消落带优势植物的空间分布格局、表型响应及环境驱动机制,是理解水陆交替生境下植被动态的关键。本研究以三峡水库消落带典型优势植物狗牙根(Cynodon dactylon (L.) Pers.)为研究对象,通过不同区域及不同高程植物样方和土壤调查,解析其空间分布、性状分异及环境驱动机制。结果表明,狗牙根盖度呈现"库中高、库首库尾低"的空间格局,其在干流的盖度与密度显著低于支流。沿高程梯度,165~175 m高程带的狗牙根盖度与密度显著低于其他高程。干流狗牙根各生物量组分平均值低于支流,低海拔高程的各生物量组分平均值较低,但其性状变异系数普遍更大,表现出显著的表型可塑性。沿干流上溯,狗牙根生物量分配呈现根生物量与花果比显著增加、地上-地下生物量比显著降低的系统性变化。环境因子分析显示,其盖度与密度主要受土壤容重和磷含量的调控,而高氮环境则使其将生物量优先投资于叶片。狗牙根通过调整生物量分配策略和展现表型可塑性来适应消落带环境异质性,可为水库消落带拟自然修复提供理论依据。

摘要:为厘清太湖水文演变规律,本文选取1986-2024年水文整编数据,以太湖出入湖水量和换水周期为指标,综合运用TFPW-MK趋势检验等多种数理统计方法,分析其变化的趋势性、周期性特征,识别突变年份并探究其影响因素。结果表明:环太湖入、出湖水量均呈显著性上升趋势并于2007年发生突变,且存在23~25、14、9 a多时间尺度的主周期。空间上,主要入湖河流水量发生了重整,湖西区入湖水量及占比均呈显著上升趋势,浙西区略有增加,引江济太入湖水量跃居第三,武澄锡虞区和杭嘉湖区入湖水量分别在2009年和2004年骤降。出湖方面,望虞河及浙西区、杭嘉湖区呈显著上升趋势。与之相应,太湖换水周期呈显著下降趋势,2007年同步发生突变,从突变前的年均227.3 d降至195.5 d;考虑环湖取用水后,从突变前的225.6 d降至172.4 d,下降更明显。突变后环湖取用水导致换水周期年均减少23.1 d。进一步分析显示,早期(1986-2006年)流域降水是换水周期变化的首要驱动因子,但2007年突变后,工程调度显著改变了湖西区、浙西区、武澄锡虞区的入湖驱动机制,环太湖入湖水量(降水径流及人工调度的复合结果)取代降水成为首要驱动因子。

摘要:明晰应对特大干旱水源储备现状是构建区域水源储备体系、提升区域抗旱能力的重要基础。针对当前应对特大干旱水源储备概念界定不清与储备规模计算方法缺失的问题,本文在辨析水源储备相关概念的基础上,界定了应对特大干旱水源储备的内涵,构建了适用于湖库水、河道水、地下水和外调水4类水源的应对特大干旱水源储备规模计算方法。将该方法应用于南水北调中线受水区,结果表明:受水区应对特大干旱水源储备总规模达122.55亿m³,其中湖库水、河道水、地下水、外调水4类水源储备分别占总储备的10.86%、15.70%、56.30%和17.14%。受水区20座城市中,仅7座城市的水源储备涵盖上述4类水源;13座城市的地下水储备规模占比超过50%,储备水源类型单一;另有4座城市现状水源储备总体规模偏小且储备类型单一,亟需进一步完善其应对特大干旱的水源储备体系。

摘要:含沙量变化过程的准确预测对于水库防汛调度及泥沙管理具有关键作用。以黄河中下游潼关站为研究对象,构建了融合并行时空注意力机制的长短时记忆网络模型(PSTA-LSTM)。模型在结构上集成并行时空注意力模块,同时捕捉含沙量时间序列中的长期时间依赖性和不同流域站点间的空间关联性;在隐层激活阶段引入改进的自适应分段线性函数(SReLU),提升模型对含沙量快速变化及峰值特征的表征能力。基于2000—2024年实测水沙数据进行实验验证,结果显示,相较于串行时空注意力LSTM,引入并行时空注意力模块使模型在测试期的均方根误差(RMSE)下降约8.5%,沙峰预测误差(PRE)降低约8.6%;引入SReLU激活函数显著提升了沙峰的预测精度,相较于传统的ReLU和softplus,SReLU能够更有效地处理沙峰值,纳什效率系数(NSE)提升超10%。将样本根据水沙类型划分为丰水丰沙、中水中沙、枯水枯沙、丰水枯沙和枯水丰沙5类,并在不同水沙条件下以及汛期与非汛期进行含沙量预测,验证了按水沙类型分类训练可进一步提高预测精度,RMSE和PRE均下降约15.7%,NSE达到80%以上;汛期与非汛期对比显示,PSTA-LSTM在含沙量峰值明显且短时变化幅度较大的阶段具有更强的响应能力。

摘要:三门峡水库汛期敞泄排沙对库区冲刷与库容恢复具有重要作用,并往往表现为冲刷—平衡发展过程,现有研究多有不足。本研究综合采用资料统计、理论分析、试验研究、概化模拟等方法,深入研究三门峡水库汛期敞泄排沙规律与冲刷—平衡发展过程。分析表明,三门峡水库汛期敞泄排沙可采用考虑上站来水含沙量的输沙幂律函数公式,且输沙系数随累计冲刷时间及总量增大而不断衰减,这是形成冲刷—平衡发展过程的根本原因,也是造成以往率定流量幂律指数值出现小于1.0不合理现象的重要原因。进一步考虑汛期敞泄排沙初期床面新淤泥沙与后期床面淤积固结泥沙冲刷起动临界条件的差别,对考虑上站来水含沙量的输沙幂律函数公式进行改进,并对后期输沙系数进行修正,结果显示修正后输沙系数总体变化曲线更为光滑、合理;经三门峡水库泥沙淤积固结及冲刷起动试验验证,水库泥沙淤积固结干密度的小幅增大会导致起动临界条件(流速、剪切应力、流量等)的大幅增长。最后,进一步结合河流自动调整原理及滞后响应模型,建立输沙系数及累计冲刷量的滞后响应模型,并对三门峡水库汛期敞泄排沙冲刷—平衡发展过程进行概化模拟。结果表明,模拟输沙系数随累计冲刷时间变化曲线与实测值变化趋势基本符合,模拟累计冲刷量随累计入库水量变化曲线与实测值变化趋势符合良好,确定性系数与Nash-Sutcliffe效率系数均在0.98以上,初步说明了所建模型方法的合理性。

摘要:干旱区平原水库的水面无效蒸发问题严重,构建高效、环保且经济的物理覆盖结构是抑制蒸发、实现水资源可持续利用的重要途径。本研究以新疆和田地区昆玉市为研究区,在直径为6 m的大型蒸发池中开展对照试验,选取均质浮球、底部配重浮球和六棱钻石型浮体3种物理覆盖结构,以全覆盖方式铺设,并设置无覆盖空白对照组。通过长期连续监测,系统评估了不同覆盖结构在复杂气象条件下的蒸发抑制效能及其对水环境的影响。结果表明:(1)水面蒸发呈现明显的季节性波动,覆盖层的抑蒸效果受多种气象因子共同驱动;(2)覆盖单元的结构形态对节水效率存在较大程度影响。在86%的覆盖率下,底部配重浮球的蒸发抑制率(70.2%)高于均质浮球(66.7%);六棱钻石型浮体在83%的覆盖率下,抑制率达75.2%;(3)水质监测显示,浮球覆盖未引起水体二次污染,各项指标符合农业灌溉标准;六棱钻石型浮体的长期生态效应需进一步观测;(4)在满足抑蒸设计指标的基础上,均质浮球覆盖方案具有更好的经济性与成本效益。不同物理覆盖结构的节水效益存在差异,工程实践中应统筹考虑节水率、经济性和生态安全性,进行多目标比选。本研究可为干旱区平原水库蒸发抑制技术的选型与水资源高效管理提供理论依据和数据支持。

摘要:为克服纯数据驱动模型缺乏物理约束的局限性,实现传统水库水温模型在未来气候非平稳情景下的快速预测,本文提出一种融合物理机制与数据驱动的水库水温结构预测框架。基于三板溪水库2007-2016年实测资料,结合一维水动力—水温GLM模型、RF-BiLSTM机器学习模型、全球气候模型GCMs,反演三板溪水库历史水温结构,预测未来气候情景下2023-2100年水温结构演变情势。研究结果表明:(1)基于一维水动力—水温GLM模型和实测数据,生成物理约束下的训练数据集,克服了纯数据驱动模型在缺乏物理机制时的伪关联问题,RF-BiLSTM水温预测框架的模拟精度R²>0.9。(2)全球气候模型GCMs反演结果表明,三板溪水库未来气温呈现显著的上升趋势(P<0.01),SSP5-8.5情景下的气温升高幅度远大于SSP2-4.5情景,而降水呈显著增加趋势。(3)至2100年,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情境下,三板溪水库平均水温预计分别上升0.39和0.87℃,且呈现明显的垂向差异性:表层升温更显著,预计分别上升0.94和2.04℃,年均底表温差(TSI)分别上升1.32和1.55℃,最大TSI都发生在8月。年均水体稳定度分别增加643.41 J/m²(增幅为7.85%)和1829.47 J/m²(增幅为22.31%),水温分层加剧可增加表层藻类水华和营养盐层化富集的风险,还可导致下游鱼类产卵时间提前。本文提出了物理机制和数据驱动深度融合新思路,可为水库水温管理提供技术支撑。

摘要:梯级水库运行对于河道水温具有显著影响。本文基于最大重叠离散小波变换(MODWT)与多分辨率分析(MRA),结合ERA5-Land再分析数据与Bi-LSTM模型,构建了气候变化与水库运行对河道水温影响的量化归因框架,并以金沙江下游向家坝站为例,探究了梯级水库群运行对下游河道水温的多尺度影响。研究结果表明:(1)梯级水库联合运行显著削弱了中高频尺度(日、周、月尺度)的水温波动;(2)在低频尺度(季节及年际尺度)上,水库运行导致水温变化趋于平缓并出现相位延迟,且该现象随水库数量增加而增强,在四库运行时期水温相位相较于气温相位滞后50 d;(3)归因分析结果表明:在季节尺度,水库运行是水温改变的主要影响因素,随着水库数量增加呈现非线性变化;在年尺度,两库运行时期年均水温相较于自然时期下降0.22 ℃,水库运行为主要驱动因素造成降幅达0.33 ℃,进入四库运行时期,水温相较于自然时期上升0.41 ℃,此时完全由气候变化驱动。研究揭示了梯级水库对水温影响的多时间尺度特征,提出了新的归因分析方法,为水库生态调度与流域水温管理提供了科学依据。

摘要:在全球气候变暖加剧、全球碳循环研究日益重要的背景下,岩溶区水体作为高效的碳汇载体,其精准识别与特征研究具有重要意义。广西作为我国典型岩溶区,其岩溶与非岩溶湖泊水库(湖库)的系统划分尚属空白。本研究旨在填补这一空白,为全国岩溶区湖库研究提供基础数据,并为水域生态保护治理提供科学依据。本研究以广西788个湖库(面积>10 hm²)为对象,基于Lake-TopoCat等多源地理空间数据,利用GIS技术识别湖库并提取其形态特征(面积、库容、岸线)及集水区属性。结合World Karst Aquifer Map (WOKAM)和Global Lithological Map (GLIM)数据,依据集水区岩溶地层面积占比(>75%为岩溶湖库,35%~75%为半岩溶湖库,10%~35%为弱岩溶湖库,<10%为非岩溶湖库)对湖库进行系统分类。进一步应用随机森林模型,定量分析气候降水、集水区岩性、地形及人口密度等因子对岩溶湖库分布的影响。研究发现:(1)广西的788个湖库中,岩溶湖库数量最多(314个,占比39.85%),主要集中分布于桂中、桂西北、桂西南和桂东北的峰丛洼地、溶蚀盆地等岩溶强烈发育区;(2)岩溶湖库单体面积最大(98.25 km²)、库容极值最高(10260 mcm)、岸线形态最复杂(极值为554.97 km),但其面积平均值(1.07 km²)和库容中位数(1.30 mcm)较小,表明其以中小型为主但存在特大型个体。(3)岩溶湖库集水区以碳酸盐沉积岩为主导(占比>90%),而非岩溶湖库集水区则以硅质碎屑沉积岩等非岩溶类型岩石为主。(4)随机森林模型的重要性分析揭示,岩溶湖泊的形成主要受高渗透可溶型岩(22.91%)、低渗透致密型岩(26.67%)、碳酸盐岩沉积岩因子(28.32%)和降水量(28.94%)的控制。其中,高渗透可溶型岩与充沛降水量是关键驱动因子,而低渗透致密型岩则显著制约其发育;岩溶水库的修建则受降水量(22.66%)、坡度(13.19%)、碳酸盐沉积岩(12.35%)、低渗透致密型岩(11.14%)和人类建设活动共同控制。本研究首次系统绘制了广西岩溶湖库分布图谱并量化其形态特征,揭示了岩性(高渗透可溶型岩主导与低渗透致密型岩制约)和气候(降水量)是岩溶湖库形成的核心控制因素。研究成果填补了广西岩溶湖库系统调查的空白,为深入理解岩溶区碳汇过程提供了重要基础数据,也为区域水资源管理与水域生态保护策略制定提供了科学支撑。

摘要:悬浮颗粒物(SPM)是湖泊水体中的重要光学活性物质,其浓度与水体浑浊度、水色、透明度密切相关,是衡量湖泊水质的关键指标。太湖、洪泽湖和巢湖作为长江中下游的主要大型湖泊,受自然与人类活动共同作用,SPM浓度呈现出显著的时空分异。尽管极轨卫星数据已广泛用于解析该区域湖泊悬浮颗粒物浓度的季节-年际动态,但受限于可用影像覆盖不足,月/日尺度等高频动态分析仍较匮乏。基于2011年4月-2020年12月的GOCI卫星影像数据以及三大湖泊星地同步数据集,本文评估现有SPM算法性能,经遴选优化后确立最优反演算法,将其应用于质量控制后的卫星影像数据,得到三大湖泊的长序列小时尺度SPM浓度数据集。数据集为GeoTiff格式,空间参考为GCS_WGS_1984地理坐标系,共计包含13262个文件,其中2011-2020年期间,太湖、洪泽湖与巢湖各季度平均有效观测天数(全湖有效像元占比≥85%)分别约为:23.4、27.5、33.4和18.1 d,17.9、27.4、26.4和20.0 d,17.3、23.7、26.9和21.8 d。3个研究湖泊的反演结果与野外实测星地匹配数据具有较好的一致性(R²=0.70、MAPE=29.37%、RMSE=17.73 mg/L),并且在太湖站长时序独立数据集中也能较好地捕捉长时序动态趋势(MAPE≤32.14%、RMSE≤14.48 mg/L),表明数据集具有较好的稳定性和可靠性。本数据集较极轨卫星产品显著提升了时间分辨率,可提供更完整的湖泊SPM浓度日/月尺度动态,精准捕捉季节-年际变化趋势。多时相观测优势进一步支持高频SPM动态监测,可有效解析暴雨径流、采砂及调水等短期强扰动事件的影响,为阐明湖泊SPM短期-长期时空分异机制提供关键支撑,具有重要应用价值。

摘要:《国家科学评论》(NSR)近期发表的《十年禁渔,能否拯救长江?》(DOI:10.1093/nsr/nwag299)一文,系统梳理了长江十年禁渔政策的实施背景、阶段性进展与初步生态成效,报道了长江江豚种群数量回升、鳤重现等积极信号。长江十年禁渔是我国流域尺度水生生物保护的重要制度安排,然而,要科学回答“能否拯救”这一复杂问题,应置于更系统的生态学框架下进行评估。本文基于生态学基本原理,提出从鱼类生态学分异、生态组织层次(个体与生活史、种群、群落和生态系统)和评估功能(效果检验、生态机制识别和分类管理支撑)3个维度,构建一个分层分类的评估体系,并对鳤(Ochetobius elongatus)、鳡(Luciobrama macrocephalus)等物种重现的生态学意义进行解读。在此基础上,本文进一步讨论禁渔政策的作用边界与后续保护方向,以期为长江禁渔成效的长期评估、保护策略优化及大型河流生态恢复提供参考。