武汉市湖泊侵占现状分析与洪涝灾害

湖泊是集提供水源、补充地下水、调节径流、抵御洪涝灾害、改善微小气候等功能为一体的重要水域,是湿地的重要组成部分。分析武汉市湖泊侵占与洪涝灾害现状发现,武汉市湖泊侵占现状严重,面积锐减,从而影响了湖泊在防洪排涝体系中的重要作用,是造成了武汉市历年遭受特大洪涝灾害的原因之一。2016年的洪涝灾害应该进一步敲醒警钟,保护武汉市湖泊资源迫在眉睫。为政府决策部门、职能部门、科研机构保护武汉市湖泊资源提供依据。     

小柴旦湖表层沉积物粒度分布特征

柴达木盆地分布着的大量浅水盐湖,是重建过去全球变化的重要载体。盐湖沉积物粒度的测定及其解释对湖水动力学、地貌学和沉积学的研究具有十分重要的意义;粒度作为湖泊沉积物中最直接的物理指标,在不同的湖泊中存在着多解性,因此,系统地研究不同湖泊表层沉积物的粒度空间分布特征十分必要。本文以柴达木盆地的小柴旦湖为研究对象,对湖泊中23个表层沉积物样品进行粒度分析,并结合2个风成砂样品和1个湖泊钻孔样品(XCD3),系统研究其表层沉积物粒度特征,探讨可能影响粒度分布的外力因素。结果表明:(1)在两条采样路线上,样品粒度随水位深度增加逐渐变细,其平均粒径的变化范围自50.2μm至5.3μm,说明小柴旦湖这类小型浅水盐湖的沉积特征符合湖泊中湖滨至湖心沉积物颗粒逐渐变细这一规律;(2)凡是湖泊水深超过200 cm的样品,粒度频率分布曲线具有较高的一致性,表明在小柴旦湖中较细颗粒主要赋存于深水区,指示深水区沉积环境相对稳定;(3)湖滨浅水区沉积物颗粒特征复杂,粒度频率分布曲线呈多峰态,可能受洪积扇、植被和风浪的影响。选取柴旦气象站1956—2013年气象数据中极大风速计算风浪对水体的影响,最大影响深度为0.4 m,说明湖滨深度小于0.4 m的区域受风浪影响。结合湖泊表层沉积物及周围风成砂粒度特征,对小柴旦3(XCD3)钻孔沉积物粒度特征进行分析,发现:钻孔中68—70 cm和77—80 cm层位粒度特征指示水位快速下降,湖泊干涸并沉积风成砂;其余层位均表现为相对稳定的湖相地层,湖泊水位与现代相近。     

滆湖表层沉积物营养盐和重金属分布及污染评价

为了揭示滆湖表层沉积物营养盐及重金属分布和污染特征,2014年1月采集了滆湖湖北区、湖中区和湖南区共20个沉积物样品.分析了沉积物营养盐和重金属的水平分布特征,并对营养盐及重金属的污染特征和来源进行了研究.结果表明,滆湖沉积物总氮(TN)和总磷(TP)的平均含量分别为2 207.94 mg·kg~(-1)和708.62 mg·kg~(-1),其中湖中区(N=20,P=0.027)和湖南区(N=20,P=0.005)TN及湖中区(N=20,P=0.005)TP含量显著大于湖北区;重金属(Zn、As、Cr、Cu、Ni、Pb、Cd、Hg)的平均含量分别为766.59、350.66、307.98、59.54、122.67、168.97、2.34和0.41 mg·kg~(-1),其中湖中区的Cu含量显著(N=20,P=0.013)大于湖北区,湖中区的Zn含量显著(N=20,P=0.024)大于湖南区,其它重金属元素含量在3个湖区的差异性不显著(P0.05).除TP、Cu和Hg与粒径之间有一定的相关性,其它元素与粒径的相关性不明显.营养盐污染评价中,综合污染指数(PI)表明滆湖处于严重污染,且湖中区和湖南区比湖北区污染更为严重.潜在生态风险评价中,重金属Cd、As和Hg均已达到很强到极强污染程度,其余重金属则处于轻微到中等污染水平,重金属潜在生态风险指数(RI)表明滆湖沉积物存在很强到极强的潜在生态风险,其中Cd、As和Hg对RI的贡献最大.     

北海湖微生物群落结构随季节变化特征

分别于夏季、秋季、冬季和春季采集北海湖水样,进行水质和微生物群落结构分析.水质分析表明,夏季和秋季的水质较冬季和春季差,其中TN和TP是影响水质的最重要因素.通过Mi Seq高通量测序分析微生物群落结构表明:蓝细菌门(Cyanobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是湖水中的优势门,但在不同季节的分布不同.夏季和秋季微生物的多样性高,蓝细菌门(Cyanobacteria)是第一优势菌门(32.7%~43.2%),其中聚球藻属(Synechococcus)是优势蓝细菌.冬季变形菌门(Proteobacteria)的含量相对丰富,占细菌群落的34.8%~40.4%.而春季,放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的含量增加,两者之和占细菌群落的51.5%~64.3%.RDA(redundancy analysis)分析表明,水温是影响北海湖微生物群落结构的最主要环境因子.总体而言,北海湖水质符合景观水的标准,但夏季聚球藻属(Synechococcus)的大量繁殖使北海湖发生水华的风险增加,因此要加强对北海湖水质检测和管理.     

太湖表层沉积物中PPCPs的时空分布特征及潜在风险

使用HPLC-MS/MS技术,对太湖周边15个河流入库口和6个水源地沉积物中9种药物及个人护理品(PPCPs)进行检测,其几何均值范围分别为1.60~129 ng·g-1和1.36~22.0 ng·g-1,其中咖啡因的含量占15个河流入库口沉积物中9种PPCPs总含量的52%,为河流入库口沉积物中PPCPs的优势污染物,林可霉素、甲氧苄啶、阿奇霉素、磺胺甲恶唑、泰乐菌素等5种抗生素的含量占6个水源地沉积物中9种PPCPs总含量的79%,为6个水源地沉积物中PPCPs的优势污染物.从空间分布来看,太湖西偏北部分的竺山湾和宜兴东部湖区附近沉积物中的PPCPs含量较高;从PPCPs的组成来看,各采样点PPCPs有不同的来源,总的来说有市政污水排放、畜牧养殖业污水排放和水产养殖业用药直接施用于太湖水体等3个来源.15个河流入库口沉积物中人类使用药物对太湖沉积物中PPCPs含量的贡献较大,6个水源地沉积物中兽用及水产养殖业中使用的药物对太湖沉积物中PPCPs含量的贡献较大.本研究检测出太湖周边河流入库口中有较高含量的PPCPs,说明周边区域有污染源持续向太湖输入;应用风险商值(RQ)模型评价太湖表层沉积物中PPCPs残留对沉积物生态环境的影响,河流入库口与水源地对乙酰氨基酚、阿奇霉素和磺胺甲恶唑的RQ大于1,对沉积物生态环境具有高风险;卡马西平的RQ值介于0.1~1之间,对沉积物生态环境具有中风险;其他几种PPCPs化合物RQ值介于0.01~0.1之间,对底栖生态环境具有低风险.     

网湖沉积物正构烷烃分布特征及其记录的环境变化

通过对网湖沉积岩芯中正构烷烃含量和组成特征的分析,探讨了网湖近百年来的湖泊环境变化.结果表明,网湖沉积岩芯中正构烷烃的碳数范围在n-C14~n-C33之间,其中以高碳数组分为主,并具有明显的奇偶优势,反映了沉积物有机质以大型水生植物和陆生植物贡献为主,较低的2n-C31/(n-C27+n-C29)比值指示陆源输入中以木本植物输入为主.根据正构烷烃参数指示的沉积物有机质来源变化特征,近百年来网湖水体环境变化具有如下3个阶段:20世纪50年代以前,网湖与长江水体交换频繁,湖泊水体处于低营养环境状态,沉积物正构烷烃高/低分子量正构烷烃比值(H/L)和陆/水生类脂物比值(TAR)较高,沉积物有机质主要来源于陆生植物和大型水生植物,湖泊浮游藻类贡献少;20世纪50~80年代,H/L和TAR值明显下降,中、短链正构烷烃的比例略有升高,表明陆源植被对沉积物有机质的贡献降低,水生植物和浮游藻类贡献的有机质增加,但较低的2n-C17/(n-C23+n-C25)值表明浮游藻类有机质较低,此时湖泊水体较为稳定,湖泊受长江水位影响减小,湖泊营养水平有所升高;1980s以来,总体上湖泊受流域人类活动影响明显,湖泊水体营养水平升高,沉积物正构烷烃表现为H/L和TAR值升高后下降,正构烷烃总量和2n-C17/(n-C23+n-C25)比值显著升高,2000年后尤其明显,表明湖泊沉积物有机质输入增加,其中湖泊浮游藻类贡献明显增加.     

基于MERIS影像的洪泽湖叶绿素a浓度时空变化规律分析

叶绿素a(Chl-a)浓度是衡量藻类生物量及评价水体营养状态的重要指标.基于洪泽湖2016年7月、2016年12月共49个实测水质参数与同步光谱数据,验证了5种可应用于MERIS/OLCI数据的Chl-a遥感估算模型(包括波段比值模型、三波段模型、FLH模型、MCI模型以及UMOC模型)在洪泽湖水域的适用性.结果表明,UMOC模型是最适用于洪泽湖水域的Chl-a浓度估算模型,其平均相对误差为32.30%,低于波段比值模型的75.17%,三波段模型的62.44%,FLH模型的45.87%和MCI模型的56.95%.进而利用UMOC模型,结合MERIS数据,获取了洪泽湖2002~2012年Chl-a浓度遥感估算产品,并分析了洪泽湖Chl-a浓度的时空变化规律.洪泽湖Chl-a浓度具有明显的时空差异性.依据水体像元长时间序列月平均Chl-a浓度的差异,将洪泽湖水体分为了区域A、区域B和区域C这3种类型.区域B和区域C水体无明显的变化趋势,区域A则显著增加.与气象因子的相关性分析表明,区域B和区域C年平均Chl-a的波动主要受年降水量的影响,反映了该2个区域Chl-a浓度的变化主要受湖流强度的控制,区域A年平均Chl-a浓度的变化与年平均风速呈显著负相关性,风速下降的气候大背景可能会加重这一区域的富营养化程度,威胁南水北调的水质安全.此外,在汛期(7~9月)洪泽湖水体Chl-a浓度与离淮河入湖口的距离呈显著的正相关关系,证明了这一时期淮河对洪泽湖藻类浓度具有明显的抑制作用.     

基于MODIS影像的洪泽湖水生植被覆盖时空变化特征及影响因素分析

水生植被是湖泊生态系统的重要组成部分,在改善湖泊水质、维护生物多样性方面起到重要的作用.当前我国湖泊普遍面临富营养化和水生植被退化等问题,监测水生植被时空变化特征、探究主要影响因子,对于保护水生植被和修复富营养化湖泊生态系统具有重要意义.因此,本文选用2007～2017年中等分辨率卫星MODIS数据,引入植被频次法(vegetation present frequency,VPF)提取水生植被信息,结合气象因子和人类活动分析了洪泽湖近11 a水生植被的时空变化特征及潜在影响因素.结果表明,洪泽湖水生植被VPF存在着明显的季节和年际变化,VPF春夏显著高于秋冬(P 0. 05,one wayANOVA),最大值0. 43出现在6月,最小值0. 21出现在1月,4～10月生长期显著高于其他月份.年际上,洪泽湖北部湖区(Z1) VPF呈现显著降低的趋势(R2=0. 56,P 0. 01),由2008年的最高值0. 50下降到2016年最低值0. 27,下降了45. 8%,表明水生植被在该地区呈现快速退化趋势.空间上,洪泽湖水生植被VPF整体上由沿岸带向开敞水域递减,其中北部(Z1)和西部湖区(Z2)高于其他湖区(Z3～Z5).洪泽湖全湖VPF年际变化受年均气温、年降水量、年平均风速和年日照时数影响不显著(P 0. 05),表明气候要素对洪泽湖水生植被年际变化影响较小.在采砂活动和水生植被共同存在的北部湖区,总悬浮物浓度与VPF存在显著负相关(R2=0. 48,P 0. 01),表明采砂导致的总悬浮物浓度增加是影响Z1区域水生植被退化的重要原因,又以采砂区附近表现尤为明显.     

若尔盖花湖沉积物氨氧化与反硝化功能基因丰度垂向分布特征及其环境响应

若尔盖湿地作为中国最大的泥炭沼泽区,是生物地球化学循环的重要场所.本文以若尔盖湿地的花湖为研究对象,采集0～47 cm的沉积物样品,通过实时荧光定量PCR(qPCR)技术,探究沉积物中氨氧化(amoA)和反硝化(nirS、nirK、nosZ clade I)功能基因丰度的垂向分布特征,及其对环境因子的响应.结果表明:花湖沉积物中古菌amoA基因丰度在垂向分布上呈下降趋势,而nirS基因丰度呈上升趋势;古菌和细菌的amoA基因丰度相近,nirS基因丰度则远高于nirK基因,且氨氧化功能基因丰度整体上比反硝化功能基因低1～2个数量级.总氮(TN)、总磷(TP)、氨态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)和亚硝态氮(NO~-_2-N)与古菌amoA基因丰度均呈显著正相关关系(p0.05),而与nirS基因丰度呈显著负相关关系(p0.05).这两种功能基因明显受到花湖沉积物中不同形式氮素浓度的影响与限制.通过研究花湖沉积物氨氧化与反硝化功能基因的垂向分布特征及其对环境的响应,可为深入了解高原湖泊沉积物中的氮循环机理提供参考.     

廊道与源地协调的国土空间生态安全格局构建

构建生态联系紧密且生态干扰更小的生态安全格局,是平衡国土空间规划中生态保护与经济社会发展的重要手段。在国土空间中,为形成廊道与源地的协调与保护兼顾的生态安全格局,以环洞庭湖区域33个县（区）为例,针对核心生态源地与自然廊道、经济社会源地与人工廊道分别形成的生态格局、城镇格局,揭示两者之间生态关键点及生态干扰点的分布特征,并差异化应对。结果表明：（1）为促进生态要素的空间联系,1537条生态廊道应纳入生态安全格局中,908处生态关键点需要保护,而0.48%的经济社会源地面积应退让给自然廊道。（2）受干扰的核心生态源地面积占比和自然廊道长度占比分别为1.36%、12.95%,8800处生态干扰点可采取缓冲、预警等主要应对策略,以协同发展自然—人工系统。（3）为满足生态保护用地应持续增加的需求,非核心生态源地内,面积分别为203.22 km²、125.67 km²、35.59 km²的一、二、三级自然廊道可分批作为生态安全格局未来发展的储备用地。研究结果可为协调国土空间规划体系中生态用地与城镇建设用地提供参考。