Establishing eutrophication assessment standards for four lake regions, China

The trophic status assessment of lakes in different lake regions may provide important and fundamental information for lake trophic state classification and eutrophication control. In this study, a region-specific lake eutrophication assessment standard was established through a frequency distribution method based on chlorophyll-a concentration. The assessment standards under the oligotrophic state for lakes in the Eastern plain, Yungui Plateau, Northeast Plain and Mountain Mongolia-Xinjiang regions are total phosphorus of 0.068, 0.005, 0.011, 0.005 mg/L; total nitrogen of 1.00, 0.16, 0.37, 0.60 mg/L; Secchi depth of 0.60, 8.00, 1.55, 3.00 m; and CODMn of 2.24, 1.00, 5.1 l, 4.00 mg/L, respectively. Moreover, a region-specific comprehensive trophic level index was developed to provide an understandable assessment method for the public. The results indicated that the frequency distribution analysis based on chlorophyll-a combined with trophic level index provided a useful metric for the assessment of the lake trophic status. In addition, the difference of eutrophication assessment standards in different lake regions was analyzed, which suggested that the sensitivities of algae to nutrients and the assessment standard of trophic status possessed significant regional differences for the four lake ecoregions. Lake eutrophication assessment standards would contribute to maximizing the effectiveness of future management strategies, to control and minimize lake eutrophication problems.     

中国水生态分区初探

从生态系统的角度管理自然资源以及进行环境保护,已经成为国际环境保护领域的主流趋势.基于生态分区和地理分类单元开展环境保护与资源管理,已广为世界各国所接受.淡水生态分区是生态分区的一个重要类型,与水文分区和水环境功能分区相比,其在管理、评价和保护河流、溪流和湖泊等淡水水体资源、环境及水生生态系统方面,具有不可比拟的优势.本研究比较了国内外主要水体分区体系,分析各分区体系的优劣,强调在中国开展水生态分区研究的必要性.在此基础上,提出中国水生态分区的目标、范围和指标体系的设想,指出中国水生态分区应根据中国淡水生态系统实际和环境特征,着重突出河流和湖泊等水体的生态服务功能、水生生态系统的敏感性和人类活动的干扰与影响,并就中国水生态分区的范围、分类指标及水生态分区在将来环境管理中与其他现行分区体系的协调做了探讨.     

Evidence of temperature-controlled dissolved inorganic nitrogen distribution in a shallow lake

Dissolved inorganic nitrogen (DIN) plays an important role in aquatic ecosystems as an available source of nitrogen (N). Despite recent advances in our understanding of the effects of climate change on DIN in coastal waters, shallow high-latitude lakes exposed to large seasonal temperature differences have received limited research attention. Therefore, in the present study, Baiyangdian Lake (BYDL) was selected as the study area, as a typical high latitude shallow lake in North China. Based on water and sediment samples collected in spring, summer and winter seasons, DIN accumulation in sedimentary pore water and DIN diffusion fluxes at the sediment-water interface were quantified under different temperature conditions. Correlation analysis was used to establish the effects of temperature on DIN concentration and diffusion in different media. Results show that the diffusion of DIN at the lake sediment-water interface exhibited a strongly positive relationship with temperature, suggesting that high temperature conditions lead to greater DIN release from sediments. Cold temperatures cause DIN accumulation in sedimentary pore water, providing sufficient substrate for N-related bacteria in the sediment under cold temperature conditions. Temperature controls the vertical distribution of DIN by affecting its migratory diffusion and transformation at the sediment-water interface. These findings are valuable for understanding the impact of climate change on the distribution of N in inland shallow lakes, especially in high latitude shallow lakes subjected to large seasonal temperature differences throughout the year.     

黄土高原高浑浊水体CDOM光学特性及影响因素

为确定黄土高原地区高浑浊水体有色溶解有机物(CDOM)组成来源及研究环境因素对其的影响,本文基于2018年5月陕蒙黄土高原地区河流与湖泊(咸水湖和淡水湖)的实测数据对CDOM光学吸收特性,各组分对水体吸收的贡献,光谱斜率S_(275～295)及水质参数与CDOM光学特征参数的相关性进行分析.结果表明,陕蒙黄土高原区河湖CDOM吸收光学特性差异显著(P0.01),湖泊CDOM吸收系数a_(CDOM)(440)(8.45 m~(-1))高于河流(2.70 m~(-1)),咸水湖CDOM浓度(13.52 m~(-1))高于淡水湖(3.38 m~(-1)),淡水湖对光的有效利用率高于咸水湖和浑浊河流.河流与湖泊、咸淡水湖之间酸碱度(pH)和溶解有机碳(DOC)差异均呈显著水平(P0.01);河湖水体电导率(EC)、浊度(Tur)和总悬浮物浓度(TSM)差异显著;排除极大值点,咸水湖与淡水湖叶绿素a(Chla)相接近.基于S_(275～295)分析发现,湖泊CDOM分子量小于河流,咸水湖分子量小于淡水湖;由SUVA_(254)得出,河流陆源腐殖质输入比湖泊多,淡水湖陆源腐殖质输入较咸水湖多.通过冗余分析(RDA)发现,河流与湖泊水质参数累积方差解释率分别为35.2%和61.4%,咸淡水湖均达到100%;溶解氧(DO)、水温和EC对河流CDOM光学特性影响较大(P0.01),而DOC、 TSM和Tur对湖泊CDOM光学特性影响较大(P0.01);咸水湖水体中DOC以及淡水湖水体的pH与CDOM吸收系数相关性较强(P0.05).     

基于地理分区及神经网络的湖泊水库富营养化研究

构建了一个基于地理分区及神经网络的湖泊水库富营养化综合评价体系.以美国环境保护署Nutrient Criteria Database数据库为参照对象,有针对性地研究我国湖泊水库的情况,首次提出了基于地理分区的简易评价标准,对不同地理特征的水体富营养化临界值进行了定量研究.同时本研究还建立了基于神经网络的富营养化评价模型...     

中国湖泊细菌群落的生物地理分布格局及驱动机制——基于文献数据的统计分析

为阐明中国湖泊细菌群落的生物地理分布格局及驱动机制,基于已发表文献,收集了228个湖泊的浮游或沉积物细菌门水平分类数据和环境因子数据进行分析.结果表明:中国湖泊浮游细菌群落的优势类群为变形菌门(Proteobacteria,35.92%)、放线菌门(Actinobacteria,25.03%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,10.77%),沉积物中的优势类群为变形菌门(Proteobacteria,40.37%)、绿弯菌门(Chloroflexi,8.74%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,8.55%).中国湖泊浮游细菌距离衰减程度显著低于沉积物细菌;湖泊细菌群落结构在北方、南方、青藏高原的空间差异显著,北方水体及沉积物中细菌的距离衰减模式均不显著,南方水体中显著但沉积物中不显著,青藏高原水体及沉积物中均显著.浮游细菌优势类群中除Proteobacteria外,Actinobacteria (南方>北方>青藏高原)和Bacteroidetes (青藏高原>北方>南方)的丰度在三个地区均具有显著差异;沉积物细菌优势类群Proteobacteria (北方>南方>青藏高原)、Chloroflexi (南方>北方>青藏高原)、Bacteroidetes (青藏高原>北方>南方)的丰度在三个地区均具有显著差异.影响北方湖泊浮游细菌群落分布的主要环境因子是溶解性有机碳,南方是溶解氧,青藏高原是硝酸盐氮;影响北方湖泊沉积物细菌群落分布的主要环境因子是总氮和pH值,南方是总磷,青藏高原是pH值.空间扩散限制与环境筛选作用共同塑造了中国湖泊细菌的生物地理分布格局.扩散限制对浮游细菌的影响小于沉积物细菌,对青藏高原湖泊浮游及沉积物细菌影响最大,对北方湖泊浮游及沉积物细菌影响最小;环境筛选作用对青藏高原湖泊浮游及沉积物细菌影响最大,对南方湖泊浮游细菌及北方湖泊沉积物细菌影响较小.     

水位变化对湖泊沉积物营养释放的影响

水位波动可有效调节湖泊生态系统的结构与功能,干湿交替过程引起的沉积物生物地球化学循环途径的改变是其重要机制之一。大量研究结果表明,干湿交替将加速沉积物有机碳的分解,强化沉积物硝化与硝化作用的偶联,促进沉积物磷的酶促水解和厌氧解离,从而增加再度淹没之后水中溶解有机碳和生物可利用性磷的浓度,并减少溶解无机态氮的浓度。有机质的分解是上述过程的关键步骤。因此,必须系统描述湖泊水陆界面土壤和沉积物基本理化性状与水生生物特征,分析干旱过程中沉积物生物地球化学循环途径的变化,了解淹没过程中水柱营养状态与浮游生物群落对沉积物营养释放的响应,从而揭示水位波动调控富营养化过程的机制,即诱发营养脉冲或维系其持续补给,改变营养阈值,进而导致稳态转换。     

流域水生态功能区概念、特点与实施策略

我国正处在从传统的水质管理向水生态管理转变的关键阶段,水生态功能区是实施流域水生态系统管理的基本单元. 结合区划理论的发展,对国内外区划研究进展进行了系统总结,界定了水生态功能区的基本概念,提出了水生态功能区的基本特点及其在环境管理中的主要作用,辨析了水生态功能区与水功能区、生态功能区和主体功能区的关系,提出了水生态功能区实施的政策保障体系. 结果表明,水生态功能区是开展水生态系统健康评估、识别水生态功能和确定水生态保护目标的基本单元,具有基于流域单元进行划分、以水生态系统等级结构为主线、区域区划与类型区划相统一、陆地与水体保持一致性等特点;不同功能区在基本概念、法律和政策依据、分区目的、分区体系、分区指标和方法及其在管理中的作用等方面差异显著,水生态功能区是对上述功能区的发展、补充和完善;作为一个崭新概念,水生态功能区的实施需要从法律、机构、政策和技术等方面全面保障,在此基础上构建流域水环境综合管理技术体系,支撑流域生态文明建设.      

洱海流域湖泊生态系统健康综合评价与比较

基于2009年5月对洱海及其流域内的海西海、茨碧湖和西湖3个小型湖泊的水环境和浮游生物的调查,采用生态系统健康指数(EHI)和营养状态指数(TSI)法对其生态系统健康状态进行定量综合评价.结果表明:洱海流域湖泊整体处于富营养状态,健康状态较差;各湖泊健康状态存在空间差异:海西海和茨碧湖生态系统健康状态为中等,西湖和洱海健康状态为较差;而洱海湖泊内健康状态同样存在空间差异,北部和中部深水区较其他区域健康状态好.2种评价方法比较表明:洱海流域湖泊属于营养盐和生物量基本上呈正相关的响应型生态系统,生态系统健康指数(EHI)适用于洱海流域的生态系统健康评价.此外,整理分析洱海浮游生物历史数据,同样采用EHI法评价得出近20年来洱海生态系统健康状态呈逐渐恶化趋势,尤其1997年健康状态最差.     

洞庭湖氮磷时空分布与水体营养状态特征

为揭示通江湖泊洞庭湖水体、沉积物营养盐的时空分布特征,分别于2012年1月和6月在入湖河道、湖区和出湖口共采集了13个具有代表性的水样和沉积物样品,分析了样品中氮、磷的含量及洞庭湖的营养水平. 结果表明,洞庭湖水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)全湖平均值分别为2.34、0.06、0.27和0.54mg/L,沉积物中w(TN)、w(TP)、w(NH₄+-N)、w(NO₃--N)全湖平均值分别为1220.47、678.97、28.94、4.41mg/kg. 氮、磷含量总体表现为入湖河口大于湖体和出湖口,并且入湖河流中以湘江支流较高,湖体以东洞庭湖区较高. 不同季节间的对比表明,水和沉积物样品中氮、磷含量均表现为6月高于1月,尤其水体中ρ(TN),6月显著高于1月(P<0.01). 洞庭湖全湖TLI(∑)(综合营养状态指数)平均值为45.93,分布规律与ρ(TN)、ρ(TP)一致. 与其他富营养化湖泊相比,洞庭湖ρ(TN)、ρ(TP)较高,但没有发生大面积水华,主要是因为其换水周期短、流速较大所致.