云南高原湖泊的治理与保护初探

云南9个高原湖泊中，滇池、杞麓湖、异龙湖富营养化最严重，洱海、抚仙湖、阳宗海、星云湖所受污染较轻、泸沽湖和程海水质量好。湖泊污染治理，应以面源控制为重点，继续抓好点源治理，重视内源治理。     

三峡工程对鄱阳湖水位影响研究

本文在三峡工程对长江湖口站水位影响预测的基础上,通过建立湖口站与鄱阳湖各湖区水位代表站的相关关系,研究三峡工程对鄱阳湖水位的影响。结果表明,三峡工程对鄱阳湖水位的影响程度有自下游向上游方向逐渐减小的特点；枯水期影响程度大于丰水期。三峡水库丰水期作减泄流量调度,即当减少下泄流量１０００～６０００ｍ^３／ｓ时,鄱阳湖水位将下降０．０６～０．８２ｍ；枯水期作增泄流量调度,即当增加下泄流量１０００～６０００ｍ^３／ｓ时,鄱阳湖水位将上升０．０４～０．９７ｍ。尤其是枯水期的１２月至翌年１月,三峡水库若减少下泄流量２０００ｍ^３／ｓ、４０００ｍ^３／ｓ、６０００ｍ^３／ｓ,鄱阳湖将分别有１００ｋｍ^２、２４６ｋｍ^２和４８４ｋｍ^２的滩地被淹没,缩小湖区珍稀候鸟栖息、觅食等的活动范围,对候鸟越冬产生不利影响。     

洞庭湖区浅层地下水氧化还原分带规律

在收集洞庭湖区1258个浅层地下水样检测数据的基础上,利用地统计学克里金方法分析Eh的空间分布规律,并基于氧化还原敏感指标的浓度空间数据对湖区地下水系统开展氧化还原分带规律研究.结果表明,受地质构造、地层岩性特征、沼泽湿地与水稻田等因素的控制,自湖区外围山地和丘陵区至洞庭湖腹地,Eh值呈现逐渐减小的趋势,地下水环境逐渐由外围的氧化环境转为湖区腹地的还原环境;洞庭湖区地下水系统可分为硝酸盐稳定及还原带、锰（Ⅳ）还原带和铁（Ⅲ）还原带等3个氧化还原带.3个分带较好地反映了Eh的空间分布规律,但是在部分区域受含水层介质Mn元素富集的影响,氧化还原分带与Eh的空间分布存在错位现象.     

浅基质层干植草沟运行效果的现场实验

为避免设施出水下渗污染地下水并防止市政管道雨污倒灌进入设施,于上海市区高架路下方建造一座排水管上弯的不透型浅层干植草沟.根据2019年汛期内进、出水量及水质的长期监测,对设施水文及水质控制效果进行评价.结果表明监测期内设施径流总量控制率为39.4%,对初始雨强小于8.0 mm·h~(-1)的降雨具有明显峰值削减效果;设施能有效去除道路径流中总悬浮固体(TSS)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)和总氮(TN),污染物负荷去除率分别为95.4%、 83.1%、 90.0%和57.7%;设施基质层添加的发酵木屑和排水管上弯的构造可在进水期实现反硝化并在前期无雨期(ADP)维持一定反硝化效果,设施水力负荷(HLR)的增大及无雨期的延长分别影响进水期与无雨期硝酸盐氮(NO~-_3-N)的去除.在基质层饱和渗透速率较高、厚度较浅条件下,设施有效改善了道路径流水质.不透型干植草沟可与市区河道的调蓄容积结合,共同承担起高地下水位地区实现年径流总量与污染负荷控制率的任务.     

菹草残体厌氧分解过程中上覆水的硫酸盐还原特征

在富营养化淡水湖泊中,微生物对水生植物的厌氧分解会导致局部水域泛黑发臭,产生草源性"湖泛"现象,但是当前对上覆水中硫酸盐还原细菌(SRB)在水生植物残体分解中的作用还不甚了解.本研究通过室内模拟实验,分别向湖水(本底硫酸根浓度为40 mg·L~(-1))中添加不同浓度的硫酸根,研究了硫酸根浓度升高对上覆水中SRB参与水生植物菹草(P.crispus)残体分解的影响.结果表明,硫酸根浓度升高显著促进了上覆水中硫酸盐还原作用,实验第50 d时,添加了40 mg·L~(-1)硫酸根实验组(40S)中可溶性硫化物(∑H_2S)为(100.11±5.08) mg·L~(-1),远高于未添加硫酸根对照组(CK)的(46.83±3.79) mg·L~(-1).硫还原细菌如脱硫化弧菌属(Desulfovibrio)、脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)和脱硫微菌属(Desulfomicrobium)在40S中的相对丰度显著高于CK(p0.05),而脱硫化孢弯菌属(Desulfosporosinus)则在CK中的相对丰度更高,这说明硫酸根浓度升高促进了菹草残体厌氧分解过程中某些特定种属SRB的生长繁殖.此外,硫酸根浓度升高也影响了菹草厌氧分解过程中有色溶解有机物(CDOM)组分含量的变化,类腐殖质组分在第63 d的荧光强度显著高于第10 d(p0.05),这说明硫酸根浓度升高促进了菹草厌氧分解过程中类腐殖质的产生.本研究对于进一步认识淡水水体中硫酸盐还原的环境效应及生物学机制具有重要意义,也为富营养化水体生态系统修复提供理论依据.     

基于SWAT模型的磷负荷削减最佳管理措施(BMPs)评估研究

基于高空间分辨（0.07 m）土地利用数据和详细的农业管理信息,利用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型对关帝河子流域的农业耕作进行精细化模拟,评估了4种农业最佳管理措施（BMPs）对非点源磷负荷的削减效果.结果表明：3个水文站径流的率定结果均达到R²>0.5、NSE>0.4、PBIAS<±35%,其中,2个站点的R²>0.6、NSE>0.5、PBIAS<±5%;总磷率定的R²>0.9、NSE>0.9、PBIAS<±20%,即SWAT模型对径流和总磷的模拟值均与实测值展现出较高的一致性.在流域尺度上,对总磷负荷的削减效率由高到低排序依次为：植被缓冲带>15°以上坡地退耕还林 > 有林地补植 > 化肥减施.宽度为1~5 m的植被缓冲带对总磷负荷的削减效率可达30%~48%;15°以上坡地退耕还林的实施可以削减约30%的总磷负荷,同时可能增加农民收入;然而,由于研究区土地利用格局和降水条件的特殊性,有林地补植和化肥减施对削减总磷负荷的影响较小,削减效率均不足1%.     

湖库沉积物好氧反硝化菌群脱氮特性及种群结构

好氧反硝化菌是水环境生物修复的热点研究领域,本研究从西安市金盆水库、兴庆公园和长乐公园采集沉积物,在运用传统的间歇曝气富集和选择培养基筛选好氧反硝化菌的基础上,引入超声波预处理沉积物-水悬液,成功筛选出3组高效好氧反硝化菌群H-30、X-10和C-30,并对其反硝化能力进行研究.结果表明,该3组混合好氧反硝化菌群具有高效的脱氮能力,在溶解氧为(7.2±0.6)mg·L-1的培养基中,好氧反硝化菌群H-30、X-10和C-30总氮(TN)去除率分别达到83.04%,83.40%和82.68%,仅有少量亚硝氮(NO-2-N)积累.Illumina高通量DNA测序结果表明,3组nir S型好氧反硝化优势混合菌群种群结构差异显著,H-30,X-10和C-30菌群的优势菌种分别是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),Paracoccus pantotrophus和斯氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri),其中斯氏假单胞菌(P.stutzeri)在H-30、X-10菌群中所占比例差异不显著,Pseudomonas xiamenensis仅存在于H-30.本研究筛选的3组高效好氧反硝化菌群将为城市内湖污染水体的微生物修复工程提供菌源保障.     

洞庭湖区退田还湖的洪水效应模拟

洞庭湖多年平均削减入湖洪峰流量约10000m3/s,这对于保护长江中下游,特别是中游地区的防洪安全十分重要.但由于泥沙的严重淤积,以及湖泊湿地被大规模垦殖,使洞庭湖的调蓄功能下降,江湖洪水威胁加剧.1998年长江流域发生特大洪涝灾害,中央及时提出了"退田还湖、平垸行洪"等长江流域洪水治理的32字指导原则,洞庭湖区是实施该原则的重点地区.应用数值模拟方法,通过建立洞庭湖与长江耦合的水动力学数值模型,针对1998年洪水,模拟研究了洞庭湖区退田还湖的洪水效应,并设计了8种方案分别进行定量评估.结果显示,退田还湖工程的实施,对降低洞庭湖区江湖洪水位,缓解江湖洪水威胁具有重要意义.     

强降雨对平原河网区入湖河道氮、磷影响

为定量揭示强降雨对平原河网河道氮、磷污染的影响,本文以太湖西岸大浦河和殷村港为例,基于两周年逐日高频人工监测和降雨量自动监测数据集,以及台风"利奇马"过程中的加密监测,分析了强降雨过程中河道各形态氮、磷浓度的变化特征及其环境效应.结果发现,强降雨两年内共观察到16次（19 d）,且50%发生在夏季;此外,强降水占年内总降水量的比重高达41.33%.强降雨发生之后,两条河道水体中各形态氮、磷浓度在强降雨之后有所增加,其中颗粒态磷的响应最快,一般在强降雨当天就出现峰值;而总氮峰值的出现存在2~5 d的延迟;强降雨引发的河道营养盐浓度增高持续时间短,通常1~2 d,甚至低于雨前浓度.流域面积大和河道流程长的大浦河水体氮、磷浓度对强降雨过程的响应速度较殷村港慢.河道各形态氮、磷浓度对强降雨过程的响应特征还受河道两岸局地土地利用状况的影响,农业面源污染的河段比城镇污染的河段对营养盐的拦截、净化和缓冲能力弱,因此农业面源污染的河段对强降雨的响应强于城镇污染的河段;农业面源影响河段氮的增加量以颗粒态氮为主,城市面源影响河段氮的增加量以溶解态氮为主,而磷的增加全程均为颗粒态磷为主.平原河网地区强降雨带来的河道水体氮、磷浓度波动小,各形态氮、磷响应过程受局地环境背景影响大,水质总体趋于稳定.然而,由于强降雨带来的河道入湖水量占比大,因此入湖负荷也处于很高水平,加之强降雨的发生偶然性大,强降雨对平原河网地区河道入湖氮、磷负荷的突发影响很大,需要重点关注.     

小喀湖有机碳记录的慕士塔格地区过去200年温度变化

青藏高原气候变化存在显著空间差异,相对于东部和南部地区,高原西北部的气候变化研究较为薄弱。本文利用慕士塔格地区小喀湖77 cm沉积总有机碳(TOC)序列,高分辨率(平均约3年)地重建了该区1812—2012年的温度变化历史。结果表明:小喀湖沉积物中的TOC主要来自受湖水温度控制的水生生物,其含量指示了流域温度变化。近200年来,慕士塔格地区总体呈现升温特征,在1812—1890年和1970—1980年气候相对寒冷;1980—2004年升温最为剧烈,其次为1864—1914年,分别对应于全球快速变暖和小冰期结束后的升温时期。上述历史有别于我国大陆和北半球的温度变化,即升温幅度最大时期为全球快速变暖期而非小冰期结束后时期(19世纪50年代至20世纪40年代);该区近十年来呈降温趋势,可能是气候由暖转冷的提早表现。慕士塔格温度变化历史既体现了高寒山区对全球变化的敏感响应,又表征了其在全球变化中的区域独特性和超前性。