湖泊生态系统稳态转换理论与驱动因子研究进展

湖泊生态系统会在长期的人为胁迫和短期的强扰动下发生稳态转换,稳态转换前后湖泊生态系统的结构和关键过程会发生明显的变化,探求浅水湖泊稳态转换驱动因子是科学合理确定湖泊管理策略的关键所在。对湖泊生态系统稳态转换的理论内涵、驱动机制进行了总结和探讨。湖泊生态系统稳态转换的概念主要含有发生的突然性和难以预知性、系统的结构与功能发生明显变化以及存在多稳态现象等内涵;具有非线性、多阈值、多稳态,以及修复过程中的迟滞效应等特征。湖泊生态系统稳态转换的驱动因子可分为外部驱动和内部驱动两种类型。外部驱动包括外源性氮磷负荷、气候变化、风浪、湖泊水位等因子;外源性氮磷负荷和气候变化的影响具有长期性和累积性,通过逐步削弱湖泊生态系统恢复力进而引发稳态转换;风浪、湖泊水位等为突发性因子,往往表现为稳态转换的直接诱因。内部驱动包括鱼类、水生植物等因子;鱼类主要通过对水生植物、湖泊底质、浮游动物等生态组分的影响引发湖泊生态系统稳态转换;水生植物对湖泊清水稳态可能不仅存在正反馈作用,也会在一定条件下存在负反馈作用。今后应加强沉水植物生长消亡的主要环境与生物要素综合作用机理、湖泊稳态类型与主控因素等方面的研究。     

洪湖历史时期人类活动的湖泊沉积环境响应

以洪湖北部和南部两个短柱钻孔(HN和HS)研究湖泊沉积,采用137Cs定年,沉积速率为0.155 cm/a。沉积物的总有机碳、总氮、磷以及元素和磁化率等指标分析表明：1840年前洪湖地区人类活动较弱,在湖泊沉积物中基本没有早期的人类活动信号的记录;1840年以后由于人口大量增加,人类活动增强,湖泊的营养水平有所增加,尤其是1950年以来沉积物中营养元素急剧增加;近50年来的湖泊营养程度的加重主要与流域内大量营养物质进入湖泊,以及大面积的围垦造成湖泊面积减小、自我调节能力降低有关。洪湖两孔的对比研究表明,不同区域之间存在着差异,可能与洪湖湖流作用及人类活动的影响差异有关。     

基于RS/GIS的四湖地区湖泊水域百年变迁研究

四湖地区是长江中游江汉平原的重要湖泊分布区,在历史时期湖泊分布广阔,是著名的云梦泽的主体。由于江湖关系演变和人类活动的影响,湖泊面积变化迅速,尤以20世纪为甚。在野外调查和历史文献分析的基础上,利用不同时期的水利图、地形图、遥感影像图作为基本信息源,在GIS技术支持下,提取湖泊面积信息,对四湖地区近百年湖泊水域变化进行了研究。结果显示,从20世纪20年代开始湖泊面积和个数呈先增加后减少的趋势,50年代处于鼎盛时期,50年代初期到70年代初期迅速减少,70年代至2000年减幅明显减缓。这种动态变化是自然因素和人类活动综合作用的结果,人类活动的作用更为突出。针对湖泊水域日益减少的现状,应加强对湖泊资源的保护力度,并在此基础上进行合理开发和利用。     

东湖、汤逊湖和梁子湖沉积物磷形态及pH对磷释放的影响

文章采用淡水沉积物中磷形态标准测试程序(SMT)研究了东湖、汤逊湖和梁子湖沉积物中磷的形态分布,并比较了不同pH条件下沉积物磷释放特征的差异性。结果表明:东湖沉积物总磷质量分数最高,平均值1.232 mg.g-1,其次为汤逊湖(0.762mg.g-1),梁子湖沉积物总磷质量分数最低(0.572 mg.g-1);3个湖泊上覆水总磷质量浓度也表现出类似的变化规律,线性相关性分析显示上覆水中总磷质量浓度与沉积物总磷质量分数显著正相关。东湖和梁子湖沉积物总磷中无机磷和有机磷所占比例较接近,汤逊湖无机磷所占比例远低于有机磷。不同湖泊之间磷形态的分布并没有一定的规律性,湖泊的地理分布以及人为因素可能是造成磷形态差异的主要因素。当pH为2.0~7.0时,3个湖泊沉积物中溶解性活性磷(SRP)释放量均呈先增加后减小的趋势;当pH为7.0~12.0时,SRP释放量呈增加趋势。相关分析结果表明,SRP的释放与有机质的质量分数无显著相关性。方差分析结果显示3个湖泊沉积物在黏粒和粉粒组成上均没有显著差异(P>0.1),表明实验样品的粒径组成不是造成各个湖泊间磷释放差异的原因。不同pH条件下,SRP释放量与沉积物总磷质量分数显著正相关;酸性环境下,SRP释放量与酸式磷(HCl-P)的相关性优于碱式磷(NaOH-P),碱性环境下则刚好相反。     

通讯

浅水富营养化湖泊巢湖近百年重金属污染的沉积物记录 湖泊沉积物中重金属的富集主要与流域的人类活动密切相关,其剖面分布反映了流域人类活动与自然环境相互作用的过程,是评价湖泊环境现状及演变趋势、识别流域主要环境问题的一个重要标志．中国湖泊历史监测数据稀缺,利用高分辨率沉积柱状样品的分析,可以重建过去湖泊重金属的污染历史,     

基于RS与GIS的武汉城市湖泊演化研究

以武汉市主城区为例,利用1995和2005年Landsat5两期TM影像与2000和2010年Landset7两期ETM＋影像的解译结果,基于景观分形理论与GIS的空间分析功能相结合的研究方法,分别构建湖泊变化强度指数和湖泊分形维数变化指数。从湖泊面积变化和湖泊形态变化,以及湖泊水域和其他土地利用类型的转移变化特点与影响进行综合分析。来丰富湖泊演化的分析方法,并总结高速城市化背景下湖泊的变化规律,从而更深入地了解和认识人类活动因素与湖泊水域动态变化之间的响应关系,同时提出若干城市湖泊治理与管理的方式。研究结果表明,（1）15年间的湖泊水域面积总量的变化呈现萎缩的趋势,年变化量在逐渐减小,湖泊萎缩的速度得到了一定的控制。（2）1995-2010年湖泊分形维数也呈逐期较小趋势,说明湖泊几何形状趋于简单化,人为活动对湖泊的影响加大。（3）15年来主城区28个主要湖泊的变化强度指数均为负值,呈萎缩趋势。但从2000年开始,少数湖泊变化强度指数为正值,萎缩趋势得到初步的控制。（4）1995-2010年间湖泊的水域面积主要转移成为建设用地和耕地。其转移面积占转移总面积的87．02％。围湖造田和城市化率的迅速提高对城市湖泊的演化影响深刻。（5）城市化背景下湖泊面积与形态变化的规律并非完全与城市化发展速率呈正比的关系,当城市化率上升到一定的阶段后,城市内部对生态环境的保护与要求也不断提高。为改善城市环境和城市内部的生态用地,湖泊应得到立法等强制性保护。     

湖泊生态安全及其评估方法框架

针对目前我国湖泊存在的主要生态安全问题,同时考虑流域人类活动对湖泊的影响,阐述了对湖泊生态系统及湖泊生态安全的深层认识和理解,并在此基础上建立了“4+1”湖泊生态安全评估方法框架. 该方法框架包括湖泊水生态系统健康评估、流域社会经济活动对湖泊生态影响评估、湖泊生态服务功能评估和湖泊生态灾变评估,以及在这4项评估的基础上建立的湖泊生态安全综合评估. “4+1”湖泊生态安全评估方法框架既可作为对湖泊生态安全进行整体综合评估的方法,又反映了湖泊水生态健康、流域人类活动对湖泊的影响、湖泊生态服务功能以及湖泊生态灾变4个过程对湖泊生态安全的影响关系,识别影响湖泊生态安全的限制性因子. 湖泊生态安全评估启示我国湖泊管理应由水质管理向流域生态系统管理转变,其实质是解决好“人湖”关系,实现“人湖”和谐发展.      

滨海滩涂不同围垦年代垦区农作物重金属累积特征及其与氮、磷的关系

为探明滨海滩涂围垦区农作物重金属累积特征及其与围垦年代、作物氮磷含量及化学计量比的关系,采集盐城地区不同围垦年代(围垦20、30、40、60年)农田4种主要作物(大麦、小麦、油菜、蚕豆)样品63个,测定了其根、茎叶和籽粒中Cd、Cu、Zn、Pb、Hg、As及全氮(N)、全磷(P)和粗蛋白(CP)含量,分析了重金属累积特征及与围垦年代、N、P、CP及N/P比的关系,并采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对重金属污染程度和安全水平进行了评价。结果表明,1)围垦农田作物整株各指标含量分别为Cd (0.52±0.94)、Cu (12.98±16.00)、Zn (34.93±27.91)、Pb (3.50±5.88)、Hg (0.0063±0.0063)、As (1.94±3.72) mg·kg~(-1)及N(13.69±8.27)、P (5.98±2.24)、CP (79.55±49.54) g·kg~(-1);籽粒中则分别为(0.0059±0.020)、(1.83±1.48)、(11.13±4.45)、(0.09±0.30)、(0.0023±0.0036)、(0.0021±0.0048) mg·kg~(-1)及(19.21±7.68)、(6.04±1.64)、(111.78±47.81) g·kg~(-1); 2)作物重金属均表现为根茎叶籽粒,N和CP与之相反,表现为根茎叶籽粒,而P则表现为根籽粒茎叶; 3)不同围垦年代之间作物重金属、N、P、CP含量、N/P比及综合污染指数(Pz)均没有显著差异(P0.05); 4)各作物籽粒6种重金属单因子污染指数均值均小于1,除个别样品Pb超标(超标率11%)外,其他重金属均未超标; 5)作物籽粒重金属Pz均值为0.38,表明该地区作物重金属总体处于安全级,但大麦、小麦、油菜籽粒均有样品Pb含量超过警戒线,个别样品甚至达到重度污染水平; 6)作物整株各重金属之间、重金属与P之间均存在显著正相关(P0.01),而重金属与N、CP、N/P存在显著负相关(P0.01),在籽粒中则相关性均不显著(P0.05)。以上结果显示,盐城滨海滩涂围垦区作物重金属累积与围垦时间关系不大,其含量目前尚处于可接受范围内,但Pb污染值得关注,作物重金属与P之间存在一定的相互促进作用,而与N存在一定的拮抗作用,高氮低磷的机体养分状况有助于降低重金属含量。     

围垦养殖对中国典型滨海湿地土壤真菌多样性及群落结构影响

本研究以我国黄河口碱蓬湿地、九龙江口桐花树湿地、东寨港木榄湿地为研究样地,借助高通量测序技术探究这3个典型滨海湿地围垦养殖前、后土壤真菌多样性及群落结构的变化.结果表明：①不同地域湿地围垦养殖对土壤真菌群落多样性及丰富度影响表现不一致.九龙江口桐花树湿地围垦后,土壤真菌多样性及丰富度有所下降;黄河口碱蓬湿地和东寨港木榄湿地围垦后土壤真菌多样性及丰富度显著增加;②子囊菌门（Ascomycota）在湿地围垦养殖前、后土壤中均为优势真菌门,但其相对丰度在围垦后显著下降;③湿地围垦养殖改变了土壤真菌属水平群落组成,黄河口湿地围垦后,未出现翅孢壳属（Emericellopsis）、毛霉属（Mucor）、枝顶孢属（Acremonium）;九龙江口和东寨港湿地围垦后,青霉属（Penicillium）相对丰度显著下降,并新增了镰刀菌属（Fusarium）,九龙江口湿地围垦后还新增了链格孢属（Alternaria）;④环境因子与湿地土壤真菌相对丰度存在一定程度的相关性,青霉属（Penicillium）与容重呈显著负相关（p<0.05）,与pH呈显著负相关（p<0.01）,与有机碳呈显著正相关（p<0.01）;翅孢壳属（Emericellopsis）与容重和pH呈显著正相关（p<0.05）,与有机碳呈显著负相关（p<0.01）.     

中国典型湖泊沉积物中脂肪烃的分布特征及来源

以我国13个典型湖泊的表层沉积物为研究对象,对沉积物的w(TOC)和w(TN)的分布特征进行了报道.结果显示,西南、华南地区湖泊沉积物的w(TOC)和w(TN)要高于西北地区,华东地区湖泊沉积物最低.结合多个脂肪烃来源参数,初步探讨了13个典型湖泊表层沉积物中脂肪烃的分布特征及来源. 结果表明:湛江玛珥湖、四海龙湾、洱海、红枫湖和程海受脂肪烃污染严重,鄱阳湖和双塔水库受脂肪烃污染程度最轻;受水体高矿化度的影响,双塔水库沉积物中有机质的δ13C值明显偏正;湛江玛珥湖中来自自身固氮藻类的脂肪烃含量明显高,致使湛江玛珥湖沉积物的δ15N值明显低;由于四海龙湾特殊的地理环境,四海龙湾沉积物中来自陆源木本植物的w(C_27+C29)明显高.