基于底栖动物的水质生物学评价——以江苏骆马湖为例

基于2018年1—11月骆马湖水质和底栖动物逐月监测数据,利用Goodnight指数(GBI)、生物学污染指数(BPI)、Shannon-Wiener指数(H′)等生物学指数对水质现状进行了评价。结果表明,骆马湖ρ(总氮)年均值为2.31 mg/L,ρ(总氮)和ρ(溶解氧)呈先下降后上升趋势;ρ(总磷)年均值为0.05 mg/L,先上升于8月达到峰值(0.15 mg/L)后下降;高锰酸盐指数呈先上升后下降趋势;ρ(氟离子)呈逐渐下降趋势,水温和电导率存在明显季节变化,pH值呈逐渐升高趋势。共鉴定出底栖动物27种,其中软体动物5种,环节动物7种,节肢动物15种。铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)、红裸须摇蚊(Propsilocerus akamusi)、纹沼螺(Parafossarulus striatulus)、苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi)、霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)、多巴小摇蚊(Microchironomus tabarui)和中国长足摇蚊(Tanypus chinensis)是现阶段优势种。全湖底栖动物年均密度为174.5个/m 2,年均生物量为24.93 g/m 2,表现出明显的时空差异。水质评价结果表明,骆马湖水环境处于中污染状态。结合近年来研究结果,骆马湖底质荒漠化现象趋于好转,但富营养化趋势正在加深。     

大黑汀水库夏秋季节温室气体赋存及排放特征

以北方典型富营养化水库-大黑汀水库水体为研究对象,在2018年夏季和秋季采用顶空平衡法对其表层35个点位水体溶解的二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）浓度进行测定,并对水库水-气界面扩散通量进行了估算.结果表明夏季和秋季大黑汀水库表层水体的CO₂、CH₄和N₂O整体上均表现为过饱和状态,夏季表层水体CO₂溶存浓度和扩散通量均值分别为（72.75±67.49）μmol/L和（810.62±790.64）μmol/（m²·h）;秋季CO₂溶存浓度和扩散通量均值分别为（394.64±104.13）μmol/L和（4822.81±1250.00）μmol/（m²·h）;夏季CH₄平均浓度和扩散通量分别为（0.19±0.12）μmol/L和（3.04±2.10）μmol/（m²·h）,秋季CH₄平均浓度和扩散通量分别为（0.41±0.26）μmol/L和（5.16±3.23）μmol/（m²·h）;夏季N₂O溶存浓度和扩散通量均值分别为（0.03±0.01）μmol/L和（0.31±0.10）μmol/（m²·h）,秋季N₂O溶存浓度和扩散通量均值分别为（0.03±0.01）μmol/L和（0.25±0.15）μmol/（m²·h）.相关性分析结果表明大黑汀水库夏季表层水体CO₂及N₂O浓度主要受水温、水深和电导率影响,CH₄浓度主要受水深及电导率影响;水库秋季表层水体CO₂溶存浓度主要受水温、水深和TDS影响,CH₄浓度主要受水温、水深和TDS影响,N₂O浓度主要受水深影响.     

南京市环境承载力评价及其成因分析

从资源、环境、生态3个维度构建指标体系,运用空间状态法测度了南京市2011~2016年环境承载力状况,并从自然条件、区域发展和管理制度3方面解析影响因素,对其成因进行具体分析.结果表明：尽管南京市2011~2016年间环境承载力状况有所好转,但全市整体仍处于超载状态,主城区超载最严重,其次是六合区、浦口区和江宁区,溧水区与高淳区相对较好.南京市环境承载状态受自然、发展和管理类等多种因素影响,水、土资源禀赋及气象等自然条件对环境承载力起到先天限制作用;人口、产业等社会经济发展因素对环境承载力进一步造成压力,且加剧环境承载状态的空间差异性;管理能力上的不足是重要的影响因素,其不断提高对超载状况则起到一定缓解作用.     

利用CDOM吸收系数估算博斯腾湖水体表层DOC浓度

基于2021年夏秋两季西部干旱区博斯腾湖表层50个采样点位实测数据,通过对DOC特征的统计学分析、内外源因素影响的时空差异以及电导率相关性验证,将博斯腾湖划分为河口和非河口区域.然后以CDOM特征波长吸收系数a₂₅₀和a₃₆₅为自变量,以DOC浓度（c_DOC）为因变量,分别构建了基于CDOM的河口和非河口水域DOC浓度估算模型.结果表明：河流与湖泊进行水体交换的同时,会将大量陆源DOC输送到博斯腾湖中,使得河口区域DOC浓度明显高于非河口区域（t-tests,P<0.01）,河口区域的DOC浓度（c_DOC）约是非河口区域的2.2~2.3倍,且在河口区域c_DOC与电导率呈现显著相关关系（夏季：R²=0.81,P<0.01;秋季：R²=0.84,P<0.01）.本文构建拟合模型（c_DOC=α+β·α₂₅₀+γ·α₃₆₅）,并通过交叉验证的方法来检验模型精度.将夏季和秋季同区域数据统一建模,河口和非河口区域CDOM与DOC均存在较好的相关关系,且模型精度较高（河口区域：R²=0.60,RMSE=8.56%;非河口区域：R²=0.66,RMSE=8.77%）.本文所建立的模型可以在不增加环境因子变量的前提下提高精度,有利于实现卫星遥感反演.同时,本研究揭示了河流输入对博斯腾湖DOC分布和估算的时空影响,提出可利用CDOM估算DOC浓度,但需根据水文特征和c_DOC等因素区分河口和非河口区域.本研究对实现新疆水资源合理开发、有效保护以及综合治理提供科学依据,对我国西部干旱区湖泊DOC遥感动态监测具有重要意义.     

兴凯湖有色可溶性有机物来源与组成特征—中国境内特大型界湖

运用光谱吸收与三维荧光－平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)分析了兴凯湖有色可溶性有机物(CDOM)吸收光谱、荧光光谱特征以及荧光组分与主要水质参数的相关性,以探究兴凯湖CDOM来源组成特征.结果表明:平行因子分析法解析CDOM三维荧光图谱,得到陆源类腐殖质C1、微生物作用类腐殖质C2、类酪氨酸C3和类色氨酸C4.兴凯湖中陆源类腐殖质C1能较好反演DOC、TN浓度变化,且在富营养化更强的小兴凯湖中反演效果更好.吸收系数a₂₅₄、荧光峰积分比值I_C:I_T、光谱斜率S_275-295、DOC与C1-C2、C4在兴凯湖中线性拟合程度均较好,与C1的相关性最好,这意味着陆源类腐殖质是兴凯湖CDOM库的主要贡献者,入湖河流输入是兴凯湖CDOM的重要来源之一.小兴凯湖DOC、a₂₅₄均极显著高于大兴凯湖,说明小兴凯湖的CDOM丰度要高于大兴凯湖.小兴凯湖CDOM的I_C:I_T、C1-C2和C4的值均极显著大于大兴凯湖(P<0.001),小兴凯湖S_275-295与光谱斜率比值S_R均极显著小于大兴凯湖,小兴凯湖PC1得分均值显著高于大兴凯湖品,意味着相较于大兴凯湖而言,小兴凯湖CDOM陆源输入信号更强烈,腐殖质化程度更高,亦即河流输入、农业面源污染导致小兴凯湖CDOM腐殖质化程度升高,且这一部分CDOM分子量较大,应加强兴凯湖流域中生态渔业、生态农业、生态旅游、农田退水等河流污染源排放的控制管理.     

基于高频监测的千岛湖湖心藻类时空变化研究

为探究亚热带深水水库藻类时空变化特征,在千岛湖(新安江水库)湖心区布设藻类荧光分析仪(BBE FluoroProbe)浮标,对该区域藻类门类的剖面变化进行为期1年的高频观测.结果表明：在夏季暴雨之后的高温晴热期(7月底至8月底),水库藻类总量出现峰值;不同门藻类的数量峰值出现时间有差异,硅藻门、甲藻门的藻类数量峰值出现在4月底至7月下旬,蓝藻门和绿藻门藻类数量峰值出现在6月中旬至9月初;不同门藻类在垂向上出现数量峰值的深度也不同,绿藻门藻类数量的垂向峰值出现在1 m左右的表层,而蓝藻门、硅藻门、甲藻门的垂向数量峰值出现在3～5 m的次表层.统计分析发现,温度、总磷浓度和光照强度与湖心区藻类细胞密度时空变化显著相关.暴雨过程会对藻类群落结构变化产生两方面影响：一方面会降低温度和光照强度,抑制藻类生长;另一方面会带来大量的营养盐,刺激藻类生长.研究显示：藻类荧光分析仪等高频监测浮标能高效捕捉藻类水华等关键水生态风险过程,能为湖库水源地水质风险提供预警信息;在极端天气事件发生频率增加的气候背景下,应加强对灾害性藻类异常增殖问题的关注.     

不同分子量草源DOM与重金属的相互作用

将采集自徒骇河聊城河段沉水植被生长区的DOM分为3个分子量级别：<0.7 μm DOM、<500 kDa DOM、<100 kDa DOM,通过三维荧光结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）和荧光滴定法探讨水体中不同分子量DOM的荧光特征及其与重金属（Cu²⁺和Pb²⁺）的络合作用.结果表明：草源DOM的有机碳主要储存在分子量<100 kDa组分中.PARAFAC分析得出4个荧光组分,分别为类色氨酸组分C2、C4,以及酪氨酸组分C1和类腐殖质组分C3.草源DOM主要以分子量<100 kDa的类色氨酸组分C2和酪氨酸组分C1为主.二维相关光谱（2D-COS）表明,与类腐殖物质相比,类蛋白物质优先与Cu²⁺与Pb²⁺发生猝灭,DOM中不同分子量组分与Cu²⁺与Pb²⁺的猝灭顺序未发生改变.在与Cu²⁺结合的过程中,不同 分子量中类腐殖质组分C3的络合常数（logK_a）大于类蛋白组分C1、C2,表明类腐殖质组分的金属结合能力强于类蛋白质组分;随着分子量级别的降低,组分C3的logK_a值逐渐增大（3.47<3.59<3.73）,表明低分子量（<100 kDa）中的类腐殖质与Cu²⁺具有更高的结合能力.不同分子量DOM中,类蛋白组分C1、C2、C4在分子量<0.7 μm DOM中的logK_a值均最高,表明高分子量（<0.7 μm）的类蛋白质更容易与Cu²⁺结合,而Pb²⁺与各组分结合出现了荧光增强或猝灭的现象.DOM-Cu²⁺与DOM-Pb²⁺结合表现出不同的结合规律,反映出金属种类与DOM结合的异质性与复杂性.     

长江流域养殖池塘氮磷污染负荷估算

长江流域平原区水网密布、渔业发达,养殖池塘造成的氮磷污染问题突出,是河湖富营养化的重要污染源之一;从大空间尺度,精细化 估算养殖池塘的氮磷污染负荷,对水污染的精准防控具有重要意义.以长江流域为研究区,依托Google Earth Engine遥感大数据平台,构建了基于机器学习算法的养殖池塘识别模型,精细化识别了长江流域养殖池塘的分布与类型;梳理养殖坑塘的氮磷污染研究案例,针对长江流域养殖坑塘的特征,构建氮磷污染负荷的估算方法,评估氮磷污染负荷的时空分布.研究结果表明：2021年,长江流域养殖池塘总面积为14567 km²,包括鱼塘5820 km²、虾蟹塘8747 km²、氮磷排放量分别为95059、16224 t;中部地区的氮磷污染负荷最大,东部地区次之,西部地区最小. 本研究是遥感大数据在大尺度污染负荷定量分析的尝试应用,方法适用于其它类型污染负荷的估算.     

一个新的分布式水文模型在鄱阳湖赣江流域的验证

考虑同类模型在模拟大尺度流域时存在的一些弱点，开发了基于单元网格，并且结构较为简单、参数数量较少的分布式水文模型WATLAC。为了验证该模型在大尺度流域长时间序列的模拟效果，选取鄱阳湖流域的最大子流域--赣江流域（817万km2）为验证区域。流域的空间非均匀性由单元网格离散并模拟。根据下垫面数据精度，选取4 km×4 km的离散网格尺寸，并应用ArcGIS等软件建立流域网格信息，生成模型输入数据。采用1960~1989年外洲站和峡江站的实测资料对模型进行了验证。率定期（1960~1969年）两水文站日、月和年径流确定性系数在081~093，Ens系数在079~099，年径流统计量相对误差均低于8%；校核期（1970~1989年）两水文站日、月和年径流确定性系数在076~092，Ens系数在075~091，年径流统计量相对误差均低于2%。结果显示，模拟的径流量与实测值吻合良好，模型在赣江流域得到了很好的验证。模型对赣江流域具有较强的适用性，在流域水资源管理中具有较好的应用前景。     

南通市城镇建设用地扩展时空特征分析及模拟

随着工业化与城市化步伐的加快，城镇建设用地高速扩张，建设与粮食生产的矛盾日益突出，如何合理有效使用土地成为城市快速发展过程中迫切需要解决的问题。通过多时相遥感卫星影像，结合相关模型，分析和模拟建设用地扩展的时空特征，可以为城市土地合理配置与投放提供依据。利用 1987、1990、1997、2001、2006年的TM卫星遥感影像解译获得的建设用地数据，分析了南通近 20年来城镇建设用地变化和城区扩展特征，并且模拟了其扩展趋势。结果表明：南通市城镇建设用地扩展呈现明显的阶段性特征；其扩展的热点主要集中在沿江区域，沿海地区城镇建设用地扩展的热度逐步升温；城镇建设用地扩展显示出城镇组团化发展的趋势，尤其使南通大都市区的轮廓日益明晰。