淀山湖百年营养演化历史及营养物基准的建立

富营养湖泊生态系统的修复必须建立在历史营养演化过程、营养本底状况认识的基础之上.对上海市郊淀山湖不同湖区的4个沉积钻孔进行了210Pb/137Cs放射性年代、含水量、烧失量、沉积物总磷、总氮、总有机碳、沉积硅藻等古湖沼学分析,各指标均具有较好的一致性,反映了淀山湖相对稳定的沉积环境.过去百年来沉积硅藻群落发生了显著的变化,随着人类干扰的加强,硅藻由贫营养的属种如Cyclotella bodanica、C.ocelata、附生种Achnanthes minutissima、Cocconeis placentula varlineate、Cymbella sp.及底栖种Fragilaria piata、F.brevistrata、F.construens var venter等占优的组合过渡到近年来的以富营养的浮游类型属种Cyclotella meneghinena、Aulacoseria alpigena、C.atomus、Stephanodiscus hantzschi、Thalassiosira visurgis等为主的组合,揭示出明显的富营养化过程.利用区域硅藻-总磷转换函数结果,重建了淀山湖过去近100年来的湖水总磷变化的历史.已有的监测数据与硅藻重建的总磷值对比结果表明硅藻-总磷转换函数能较准确地描述水体总磷浓度的变化趋势,是一种有效的水体总磷重建手段.根据淀山湖多个沉积柱对比研究及重建的硅藻-水体总磷浓度结果,提出淀山湖治理的营养物基准水体总磷值为50～60μg.L-1,而沉积物中N、P浓度的基准值为500 mg.kg-1和550 mg.kg-1.     

贺江重金属污染对硅藻群落组成的影响

利用多元统计分析方法对贺江中游重金属污染的9个样点进行分析,研究了水质因子和重金属因子对硅藻群落的影响。冗余分析(Redundancy analysis,RDA)排序前两轴共同解释了硅藻群落变异程度的52%,RDA排序轴1与水质因子和重金属铊显著正相关,排序轴2与重金属铅显著正相关,单个环境因子的解释变量中,铊、硝氮、铅和氯化物的贡献量分别达到了21.8%、17.1%、12.6%和11.4%。偏冗余分析(Partial RDA)显示,水质因子和重金属因子分别解释了贺江中下游硅藻群落变异的48.2%、24.2%。利用方差分解的方法计算出单个硅藻种类对环境因子的解释程度,分析表明,Achnanthes minutissima、A.exigua Grunow、Nitzschia fonticola、N.tubicola Grunow是重金属因子喜好种,Cyclotella distinguenda、C.meneghiniana、Gomphonema parvulum、Navicula viridula var.rostellata、Nitzschia inconspicua、N.intermedia、Synedra ulna是水质因子的喜好种,Cyclotella atomus、Gyrosigma acuminatum、Melosira varians、Nitzschia palea等受两种因子的共同影响,分析结果与冗余分析具有一致性。结果表明,贺江中下游硅藻组成受水质因子和重金属因子的共同影响,水质起决定作用,重金属铊和水质硝氮是影响其组成的主要因素。     

时间序列沉积物捕获器（sediment trap）及其在青海湖的放置

沉积物捕获器在认识现代沉积过程方面具有独特的优势,已在海洋和国外一些大湖的研究中得到了成功的应用,但相关的工作在我国湖泊研究中尚未开展。Mark 8-13型时间序列沉积物捕获器是用来连续收集水体沉降颗粒物的仪器,可以获得沉积物输入通量和季节性变率。本文在介绍了该类型沉积物捕获器的设计、工作原理、投放和回收等基本知识的基础上,阐明了我们选择青海湖作为放置沉积物捕获器的理由和科学意义。在本专题的五篇论文中,我们展示了在青海湖放置的沉积物捕获器于2010年7月至2012年9月期间收集的沉积物和湖水样品的研究结果和同步的实时监测数据。通过在青海湖两年多的试验性地放置以及初步的结果,我们建议在我国典型内陆不同位置的湖泊等水体长期地放置这类沉积物捕获器,将为湖泊等水体系统的现代沉积和生物过程的深入理解提供全新的视角。     

青海湖水化学的季节性和空间变化及其受自生碳酸盐沉淀的影响

青海湖湖水季节性和空间上的变化特征对青海湖沉积物中自生碳酸盐形成过程及环境意义的理解、湖泊的演变趋势具有重要的指导意义。本文通过沉积物捕获器采集了为期一年每月一次的青海湖季节性的湖水,并采集了青海湖和周围子湖空间分布上的湖水样品。对季节性样品阳离子的分析显示,青海湖湖水中的阳离子在旱季（12月至次年4月）达到最高值,在雨季逐渐降低。湖水的Ca²⁺和Mg²⁺从2—3月份逐步降低,表明自生碳酸盐开始沉淀,并且在雨季来临时沉淀持续大量发生,而在雨季后期,则可能发生含Mg碳酸盐的部分溶解。空间分布的样品分析显示,青海湖可能经历了太阳湖和月牙湖的水化学阶段,在未来的演变过程中,湖水的Ca²⁺和Sr²⁺受自生碳酸盐沉淀的控制而保持基本稳定,Mg²⁺、Na⁺、K⁺则将持续增加,其水化学将朝着当前海晏湾,并进一步朝尕海湖水的方向演变。本文的研究还进一步暗示了在长时间尺度上自生碳酸盐形成对气候变化的可能响应。     

青海湖介形虫壳体丰度与氧碳同位素的季节和年际变化及其控制因素——来自沉积物捕获器的研究

介形类对其生活的水体环境极其敏感,其壳体的物质几乎全部来自水体,因此壳体的化学组成常常用来反演古气候环境,然而对于青海湖介形虫壳体不同组成的控制因素存在诸多争议和不确定性。本文以沉积物捕获器在青海湖于2010年7月至2011年10月期间获得的介形虫样品为研究对象,结合CTD同步监测的湖水环境参数,探讨了青海湖现生的两个种属介形虫（意外湖花介和胖真星介）丰度和氧、碳同位素（δ¹⁸O、δ¹³C）的季节和年际变化特征及各自控制因素。结果表明,意外湖花介壳体的丰度比胖真星介的高一个数量级,但青海湖两种介形虫出现和丰度变化均受湖水温度直接控制。意外湖花介和胖真星介壳体的δ¹⁸O和δ¹³C均存在明显的年际和季节性变化及种属差异,而同步沉淀的自生碳酸盐却有较为均一的δ¹⁸O组成;两个种属介形虫壳体δ¹⁸O的年际差异是夏季水温系统差异的直接表现,而δ¹⁸O的季节性变化并不受控于降水和蒸发（P/E）比率,而可能主要与由高温诱发的大量自生碳酸盐沉淀有关;青海湖介形虫壳体δ¹³C的变化并不是单一因素控制的结果,可能也与湖水温度、自生碳酸盐沉淀等因素有关。本研究提出的自生碳酸盐沉淀对介形虫壳体δ¹⁸O和δ¹³C的控制作用,对于我们认识青海湖介形虫的环境意义及沉积物中介形虫壳体化学组成的古环境信息提取具有重要的启示意义。     

贵州百花湖水库浮游植物群落结构与季节变化

为揭示水库浮游植物群落结构对放养鲢、鳙鱼控藻的响应特征,分四季对百花湖的水质及浮游植物进行了调查和分析。浮游植物种类较多,共检出浮游植物147种,绿藻在种类组成上占绝对优势,共计76种,其次为硅藻31种、蓝藻27种、隐藻、甲藻和裸藻各4种,金藻仅1种。浮游植物丰度在9.69×106～150.89×106 cells/L之间,生物量在3.57～16.80mg/L之间;蓝藻在丰度上占优势,其主要物种类群是假鱼腥藻属;硅藻则在生物量上占优势。浮游植物组成随季节变化而不同,冬季以蓝藻、硅藻和绿藻为优势类群;春季硅藻和绿藻减少而蓝藻增加;夏季以蓝藻、硅藻和隐藻为优势类群;秋季以蓝藻、硅藻、隐藻和绿藻为混合优势类群。百花湖浮游植物形成以假鱼腥藻占绝对优势的群落结构可能与放养鲢、鳙鱼有关。     

青海湖湖水性质、颗粒物沉积通量季节和年际变化——来自沉积物捕获器的研究

本文通过在青海湖南盆沉积中心试验性放置的Mark 8-13型时间序列沉积物捕获器所收集到的为期15个月的自然沉降颗粒物,分析了颗粒物沉积通量和物质组成,结合温盐传感器（CTD）所记录湖水参数数据的分析,讨论了青海湖上部10 m左右湖水中所发生沉积作用的季节与年际变化特征及其与环境参数的相互关系。结果表明,采集期间所沉降的总颗粒物具有显著季节和年际变化特征,其平均年沉降通量为112 g·m^-2·yr^-1,其组成主要是自生碳酸盐（高Mg方解石、文石）、生物壳体（介形虫、硅藻等）等内生作用形成的物质,以及少量的碎屑矿物。与实时监测的湖水参数比较表明,具有显著季节和年际变化的青海湖内生物质通量变化主要受控于夏季温度的变化。其沉积机制为：湖水温度的升高,有利于高Mg方解石和文石等自生矿物从碳酸盐过饱和的碱性湖水中结晶沉淀（盐度降低）,也有利于藻类和介形虫等微体生物大量繁殖,表现为温度偏高的2010年比2011年具有较低的湖水盐度和高得多的沉积通量。因此,青海湖自生碳酸盐沉淀通量可以用来反映湖水盐度和/或温度的变化,尽管这些内生作用形成的物质可能只约占到湖底沉积物的5%~20%。为更全面地了解青海湖现代沉积过程,有必要在更多点位、不同的深度进行长期放置捕获器和实时监测湖水参数变化。     

硅藻群落指示的近50年来大理西湖湖泊生态系统演变规律

近年来,增强的人类活动使得云南部分湖泊生态系统发生退化,由草型清水态向藻型浊水态转变.全球变化背景下,了解湖泊生态系统演变规律是进行有效管理的前提,具有重要的科学意义.本研究以云南大理州小型浅水湖泊西湖为例,通过对沉积物硅藻群落和理化指标的分析,探讨了20世纪60年代中期以来大理西湖环境演变历程.结果表明,大理西湖生态系统在近50年发生了明显的稳态转换,以2000年为节点,硅藻群落从2000年前偏好贫营养环境的底栖附生种Cocconeis placentula、Staurosira construens、Gomphonema angustum和Achnanthidium minutissimum为优势种的状态,逐渐演替为偏好中营养环境的底栖附生硅藻Encyonopsis microcephala和Navicula cryptocephala及偏好富营养环境的浮游硅藻Cyclotella atomus、Cyclotella meneghiniana、Stephanodiscus hantzschii和Aulacoseira granulata为主导的状态.时间序列的主成分分析表明,硅藻群落主要响应了营养的变化.冗余分析结果也证实营养盐富集是大理西湖硅藻群落长期演化的主要驱动因素.本文论述了近50年来大理西湖流域气候变化和开发活动（农业围垦、化肥施用、畜牧养殖和渔业养殖等）促使湖泊营养盐持续积累,浮游藻类大量繁殖,湖泊内部生产力显著提高,湖泊生态系统逐渐向藻型浊水态转变的演化特征.     

调水对巢湖浮游植物群落演替模式的影响

建立了巢湖生态动力学模型CAEDYM,并利用2010年的实测出入湖流量、水质、水文、气象等数据对模型进行了参数验证,确定了适用于巢湖水环境特征的生态动力学模型参数.利用模型中的磷循环原理模拟了巢湖水体中磷的生态动力学循环过程和浮游植物群落的季节性演替模式,并模拟了调水对浮游植物群落演替模式的影响.模拟结果表明,巢湖浮游植物优势种的演替模式为:春季绿藻占优势,夏季和秋季蓝藻占优势,冬季硅藻占优势.通过夏季的短期调水可使巢湖各点最终的TN、TP分别平均下降了约18.9%,25.2%.从Chl a的计算结果可知,调水的实施对巢湖西半湖和中部湖区Chl a的改善效果比较明显,可使Chl a的峰值从69μg/L下降到57μg/L,对巢湖的蓝藻有较好的改善效果,且对浮游植物群落的季节性演替影响不大.     

沉积物捕获器及其在海洋与湖泊沉降颗粒物研究中的应用

沉积物捕获器是用来收集水体中自然沉降颗粒物的一种现场监测仪器,在研究海洋与湖泊现代沉积过程与生物地球化学循环过程上具有重要价值。本文在综述了沉积物捕获器的产生背景与主要类型的基础上,详细论述了沉积物捕获器的采样偏差来源和校准方法,阐述了沉积物捕获器在海洋与国外湖泊沉降颗粒物研究中的应用,旨在为正确使用沉积物捕获器、深刻理解沉积物捕获器在海洋与湖泊现代沉积过程与生物地球化学循环过程研究中的重要作用提供较为详尽的参考。     

南四湖浮游硅藻季节性演替及其与环境因子的相关性

为研究南水北调东线工程调水对南四湖硅藻藻密度、种群结构变化的影响,于2010年5月—2013年4月在南四湖进行逐月采样,应用NMDS(non-metric multi-dimensional scaling,非度量性多元标度)分析硅藻种群组成的相似性,并通过冗余分析和Pearson相关性分析研究了硅藻种群结构和环境因子间的相关性. 结果表明:①共检出硅藻23属69种,硅藻藻密度在14.3×104~663.2×104 L-1之间,呈明显的季节性变化,表现为冬春季大于夏秋季;②硅藻种群演替呈明显的季节性变化,冬春季主要以冷水种尖针杆藻(冬春季所占比例分别为15.3%、24.0%)为主,夏秋季则以暖水种扭曲小环藻(夏秋季所占比例分别为17.8%、19.1%)为主;③氮磷营养盐水平、pH和表层水温是影响南四湖硅藻种群变化的主要环境因子. 南四湖硅藻种群对于环境因子变化的反应较为灵敏,可作为南四湖水质的潜在指示工具进行长期研究.      

抚仙湖硅藻群落的时空变化特征及其与水环境的关系

抚仙湖是我国重要的深水型淡水湖泊且水体水质总体处于I类水平,近年来在流域开发、全球变暖等影响下其生态环境功能呈现退化的趋势,需要对湖泊生物的群落组成、分布模式及其驱动因子进行系统评价.本研究于2015年选取抚仙湖的南、中、北湖区共3个采样点开展了表层水体硅藻群落和水环境特征的逐月分析.样品中共发现硅藻31个属、166个种且以浮游类型为主,其中云南特有硅藻种Cyclotella rhomboideo-elliptica基本消失.硅藻群落结构的逐月变化在3个采样点中均呈现明显的季节演替特征,其中1、2月优势种主要为Fragilaria crotonensis,3月优势种为Aulacoseira granulata,4月C.ocellata与F.crotonensis同为优势种,而在其余月硅藻群落结构较为单一且优势物种皆为C.ocellata(相对丰度占~80%).而空间尺度上,硅藻优势属种分布和群落结构具有较高的一致性.主成分分析显示,不同湖区的硅藻群落结构组成和水体环境在时间尺度上存在较大差异,而在空间尺度上差异较小;冗余分析和变差分解等分析结果进一步表明,影响群落结构时空变化的主要驱动因子是气象与物理因子(包括水温、风速和透明度),共解释了硅藻群落变率的27.6%,表明了该深水湖泊水体热力分层的厚度与持续时间是影响硅藻群落构建的重要过程.同时,湖泊营养水平与水体离子浓度也对硅藻群落结构产生了明显影响,分别解释了硅藻群落变率的21.2%和9.4%.因此,持续的区域变暖和流域开发明显影响了抚仙湖的生物群落构建与生态系统健康,对抚仙湖的生态保护不仅需要控制营养盐等流域污染物的输入,同时应该积极应对气候变化的长期影响.     

太湖浮游硅藻时空演化与环境因子的关系

利用1992年至2002年每月1次的监测资料,系统分析了太湖北部3个区域(河口、梅梁湾、湖心)浮游硅藻(Planktonic diatoms)生物量周年变化和空间分布情况.同时,水中磷酸盐(PO43--P)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)和硅酸盐(SiO23--Si)含量等相关资料也被用于解释太湖浮游硅藻时空分布的原因.结果显示,直链硅藻(Aulacoseira sp.)是太湖浮游硅藻的优势种,其它常见种有小环藻(Cyclotella sp.)、针杆藻(Synedrasp.)等.硅藻总生物量占浮游藻类生物量百分比平均值约为20%.太湖浮游硅藻生物量在河口最大,梅梁湾其次,湖心最小,究其原因可能与河口的特殊生态环境(水流速度)有关,另外,河口丰富的营养盐,特别是磷酸盐和氨氮也是一个重要因素.温度可能是影响太湖浮游硅藻生物量季节变化的关键因素.Pearson相关分析证实,磷酸盐、氨氮和温度均与硅藻生物量显著相关(p<0.01),且蓝藻生物量百分比与硅藻生物量百分比呈显著负相关.研究结果说明,太湖浮游硅藻的生长分布受多种环境因子(磷酸盐、氨氮、温度)的影响限制,太湖浮游硅藻与蓝藻可能存在着竞争演替的趋势.     

云贵高原富营养化湖泊杞麓湖浮游生物群落的季节性演替及其驱动因子分析

杞麓湖是云贵高原典型的重富营养化湖泊,水生态系统已严重退化.为揭示杞麓湖浮游生物群落季节性演替规律,阐明浮游生物群落季节性演替的驱动因子,于2017-2018年对杞麓湖浮游生物及水质理化参数进行季节采样调查和浮游生物群落结构特征分析,并运用CCA（典范对应分析）方法分析浮游植物群落组成与环境因子的关系.结果表明:①杞麓湖夏季营养状态最高,达重度富营养水平,春秋冬三季均为中度富营养.水体SD（透明度）春季最高,夏季最低;ρ（Chla）、ρ（COD_Mn）均为夏季最高,冬季最低;ρ（TN）冬季最高,秋季最低;ρ（TP）春夏最高,冬季最低.②杞麓湖浮游植物共6门163种（其中包括8个变种）.浮游植物密度春季最低（0.66×108 L-1）而秋季最高（16.08×108 L-1）,主要为蓝藻门、绿藻门和硅藻门.其中,春季优势种为微细转板藻（Mougeotia parvula）;夏季优势种为孟氏浮丝藻（Planktothrix mougeotii）;秋冬季的优势种均为阿氏浮丝藻（Planktothrix agardhii）.③杞麓湖浮游动物32种,浮游动物密度冬季最低（13.2 ind./L）而夏季最高（3 696.0 ind./L）.其中,春季优势种为曲腿龟甲轮虫（Keratella valga）,夏季优势种为前节晶囊轮虫（Asplanchna priodonta）,秋季优势种为螺形龟甲轮虫（Keratella cochlearis）,而冬季优势种为桡足类幼体.研究显示,杞麓湖浮游动植物群落季节性演替明显,ρ（DTP）（DTP为溶解态磷）、ρ（TP）、ρ（NH₃-N）、ρ（COD_Mn）和WT（水温）是影响杞麓湖浮游植物群落季节性演替的主要驱动因子.      

淀山湖沉积物中重金属元素分布特征及其季节变化

分别于夏冬两季采集淀山湖表层柱状沉积物样品,分析了沉积物样品中Cd、Pb、Cu、Cr、Fe和Mn的总量分布特征,用Tess-ier连续提取法,系统地对沉积物中重金属元素的形态分布进行了研究,并初步探讨了重金属元素分布特征的季节变化的原因。结果表明:沉积物中Pb的总量存在季节变化;沉积物中Cd、Cu、Cr和Fe主要存在于残渣态中,但Pb的铁锰氧化物结合态与Cu的有机质-硫化物结合态均为各自的优势结合态;Mn主要以可交换态、铁锰氧化物结合态及残渣态存在;Cd、Pb、Cu、Cr、Fe和Mn各形态含量均存在季节变化,其总量及各形态含量的变化与温度、pH、Eh等有关。     

洱海流域沿岸带石质基质上周丛藻类群落研究

2009年12月~2010年1月调查了云南洱海流域中洱海、西湖和茈碧湖沿岸带周丛藻类群落的物种组成、生物量、群落多样性以及水体理化因子,并运用典范对应分析(CCA)探讨了影响周丛藻类群落结构的主要环境因子.结果表明,洱海周丛藻类优势种属是刚毛藻属、等片藻属、暗丝藻,而西湖和茈碧湖均以硅藻为主.洱海的周丛藻类生物量大于西湖和茈碧湖,最高值出现在洱海白族小庙(EH31), Chl-a达到78.71mg/cm2.洱海的绿藻密度也高于西湖和茈碧湖.茈碧湖的周丛藻类多样性最高,Shannon-wiener指数均值为2.47;西湖次之,Shannon-wiener指数均值为2.34;而处于流域下游的洱海沿岸带周丛藻类的耐污种数目增加,多样性最低.CCA结果表明水体中的NH4+及TP浓度是影响洱海流域物种分布的主要环境因子.     

Evaluation of the water quality of the Hakata River based on diatoms

We investigated the epilithic diatom assemblage of samples collected from three sites of the Hakata River, Fukuoka, Japan, on November 26, 2008. Each taxon was photographed and identified. The 1747 diatom frustules collected were classified into 33 taxa belonging to 17 genera. Nitzschia fonticola was abundant at all sites. The DAIpo (the diatom assemblage index to organic water pollution) values for sites 1, 2, and 3 were 50.2, 44.1 and 48.0, respectively, indicating that the water quality of the Hakata River was at β-mesosaprobic level.