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.     

洪泽湖表层底质营养盐的形态分布特征与评价

为揭示洪泽湖底质的营养盐空间分布特征,于2008年6月采集了该湖具有代表性的10个点位的表层底质,测定了其有机质、总氮、有机氮、氨氮、硝氮、总磷、无机磷、铁铝-磷、钙-磷等的含量.结果表明,底质中的有机质和总氮有很好的相关性,且有机氮约占总氮的90%,说明碳、氮有同源性;底质中的无机磷约占总磷的70%,而其中钙-磷占无机磷的比重较大;洪泽湖底质有机质与总氮,有机氮,总磷的空间分布特性极为相似,属洪水冲刷型堆积模式(Turbidity Flood Model方式);通过C/N域值得知沉积物中有机物主要来源为生物沉降.通过用有机指数评价法和有机氮评价法对洪泽湖表层底质的分析表明,洪泽湖底质除局部区域如龙集乡北表现为一定程度的有机氮污染外,整体处于清洁至尚清洁范畴.     

“十三五”期间洪泽湖底栖动物多样性调查及趋势分析

基于2015—2020年洪泽湖底栖动物监测数据,利用生物多样性指数模型方法对洪泽湖底栖动物的种类组成及多样性进行分析,并对水质污染状况进行评价,结合广义线性模型方法对洪泽湖生态变化趋势进行预测。结果表明,“十三五”期间洪泽湖底栖动物种类数总体呈上升趋势,生物多样性有所改善,底栖动物优势种均为河蚬。Goodnight-whitely修正指数(GBI)、生物学污染指数(BPI)、生物指数(BI)以及生物耐污敏感性指标指数(BMWP)4种污染状况评价指数对洪泽湖水质评价结果表明,“十三五”期间洪泽湖生态系统状况基本平稳,水质污染状况介于清洁至轻污染之间,龙集镇北的水质状况应引起重视。模型预测结果显示,“十四五”末洪泽湖生物多样性无明显变化,水质持续保持稳定。研究结论可为水生生物多样性保护提供科学依据。     

景观类型与景观格局演变对洪泽湖水质的影响

基于Landsat序列遥感影像数据解译进行了景观类型分类,分析了2008—2018年洪泽湖16个监测点位水质数据变化特征,从流域尺度研究了景观类型和景观格局演变对湖区水质的影响机制.研究结果表明,洪泽湖区主要水质风险指标为总氮（TN）和总磷（TP）,淮安南区域TN和TP浓度较高.2000年之前洪泽湖流域内景观类型主要为旱地（43.3%）,2000年后主要景观类型逐渐转变为水田（37.7%）和建设用地（23.6%）.建设用地、水田、入湖河流、围圩和围网养殖面积与湖区TN和TP浓度呈显著正相关,林地和草地面积与TN和TP浓度呈显著负相关.围圩养殖面积对TN浓度变异解释度最高,建设用地面积对TP浓度变异解释度最高,分别为47.6%和43.2%.近20年洪泽湖流域景观破碎度增大,斑块密度指数（PD）和蔓延度指数（CONTAG）与湖区TN、TP浓度呈显著正相关.建设用地、围网和围圩养殖面积增加以及景观破碎化增强与湖区TN和TP浓度上升密切相关.减少围圩和围网养殖的面积比例,控制建设用地和水田规模,降低生态空间景观破碎度,是维护和修复洪泽湖水质安全和水生态健康的重要抓手.     

1951年来洪泽湖流域面雨量变化特征与趋势分析

降雨是诱发洪涝灾害的主要因素,降雨特性的研究对流域洪涝风险防范具有重要意义。采用距平分析、Mann Kendall检验和重标极差R/S分形分析等方法,对1951年来洪泽湖流域年面雨量的变化特性和趋势进行分析。结果表明:在气候变暖的影响下,近58 a来流域年雨量波动幅度较大,面雨量总体呈现增加的趋势,但增加趋势不显著,面雨量异常时往往导致洪涝发生。在变化阶段上,年面雨量经历了1950s到1970s的年代际减小和1980s以来持续增加的两个阶段,且年雨量在1965年和2003年左右出现降雨突变异常并导致严重洪涝灾害。Hurst分形指数为0.538,表明未来流域年面雨量具有持续性和长程记忆效应,雨量仍然呈增加趋势,并具较大随机性,说明未来降雨变化具有较大的不确定性特征。洪泽湖流域降水变化特性和未来变化趋势的规律认识对流域风险防范具有重要意义。     

洪泽湖藻类与环境因子逐步回归统计和蓝藻水华初步预测

以洪泽湖2008—2010年的连续监测资料为基础,运用多元逐步回归统计方法,选择水温等12项环境因子与藻类叶绿素a等5项生物因子进行逐步回归分析,找出与生物因子显著相关的因子,建立多元逐步回归方程,预测洪泽湖藻类密度的变化情况,初步进行了洪泽湖蓝藻水华的预测预报。结果显示,总磷、总氮、氨氮和水深为洪泽湖藻类密度的显著相关因子,透明度、水温、水深为蓝藻密度的显著相关因子。     

洪泽湖硝基苯类化合物的污染特征

对洪泽湖水质、底泥及水生生物样品10种硝基苯类化合物的浓度进行了测定,水样中总硝基苯类化合物的含量在0.179~5.17μg/L,北部湖区和南部湖区的总硝基苯类化合物的浓度较高,其中成河北(S7)的浓度最高。底泥中的含量在0.137~4.50μg/kg,北部湖区及出湖口附近形成一个硝基苯类化合物的污染带,其中成河东(S6)的浓度最高。水生生物体内的总硝基苯含量按鲫鱼、白鱼、泥鳅、龙虾、河蚌、螺蛳依次升高。     

洪泽湖底栖动物群落结构及水质季节变化分析

为阐明洪泽湖底栖动物的群落结构及水质变化状况,采用生物多样性指数法、综合污染指数、CCA分析等方法,对洪泽湖的底栖动物群落结构空间布局及其水质状况进行了季度调查,探究环境因子对底栖动物生长的影响规律.结果 表明:(1)底栖动物种类以甲壳纲、多毛纲、双壳纲为主;(2) CPI分析表明,TN、TP是洪泽湖主要的超地表水Ⅲ类...     

洪泽湖湿地保护与可持续发展

根据湿地的功能与作用，以洪泽湖这一淡水湿地生态系统为例，分析由于人类不合理开发利用造成湿地的破坏，并针对性提出加强管理、科学研究、退田还湖和加强宣传等4条对策，使开发利用与保护相协调，实现湿地的可持续发展。