太湖流域湖荡湿地水生植物的分布特征

2018年在太湖流域内的87个湖荡湿地调查中共发现64种水生植物,隶属于33科51属.总体来看,太湖流域水生植物种类、数量以及覆盖面积与历史上比较呈下降趋势.根据流域上不同地理区域分区（东、西、南、北4个）,分析太湖流域水生植物的分类和功能多样性,发现太湖流域四个区域的分类α多样性指数分别为4.33、5.58、5.01和3.46, β多样性指数分别为3.46、4.23、1.63和7.02,且北部和西部、北部和南部、东部和西部、东部和南部、西部和南部湖荡湿地的分类α多样性均有显著差异,同时太湖流域北部和东部、北部和西部、北部和南部、西部和南部湖荡湿地间的分类β多样性有显著差异.功能多样性方面,四个区域的β多样性指数分别为0.18、0.14、0.09、0.30,太湖流域各分区部分之间水生植物的功能β多样性均有显著差异.CCA结果表明环境变量对太湖流域湖荡水生植物组成的解释度为21.21%,水体总氮和总磷贡献最大,水体富营养化可能是影响太湖流域水生植物衰退的一个重要原因.     

鄱阳湖沉积物重金属污染影响因素分析——基于STIRPAT模型

为探究人类活动对鄱阳湖沉积物重金属污染的影响,于2017年10月在鄱阳湖入口、出口及湖区布设20个采样点位,开展鄱阳湖沉积物重金属表层及垂向分布特征调查,评价其潜在生态风险.利用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb计年法推算出鄱阳湖沉积物的平均沉积速率,并结合柱状分层样品重金属含量,得出具体年代的重金属蓄积特性.基于STIRPAT模型,通过偏最小二乘回归分析得到鄱阳湖沉积物重金属演变与总人口数量、城镇化率、实际人均GDP、绿色专利申请数、第二产业占比、第三产业占比6种社会经济指标的多元非线性模型.结果表明：（1）鄱阳湖表层沉积物重金属Cu污染最为严重且生态风险程度最高, 地累积指数为“强”或“中-强”污染范畴,单因子潜在生态风险指数平均值为47.25,属于“中等”生态风险.整个湖区的总潜在生态风险指数RI平均值为107.07,表明鄱阳湖表层沉积物重金属总体处于低生态危害水平.（2）1988~2017年总人口数量是影响鄱阳湖沉积物重金属Cd和Cu污染的最主要正向因素,其他正向因素为第二产业占比、第三产业占比、城镇化率及实际人均GDP,绿色专利申请数所反映出的区域绿色技术创新能力及环保研发投入对鄱阳湖沉积物重金属Cd、Cu污染具有负相关关系.     

Embedded reservoir and constructed wetland for drinking water source protection: Effects on nutrient removal and phytoplankton succession

An embedded reservoir that provides an efficient nutrient removal system protects drinking water.However,embedded reservoirs are rarely used in eutrophic shallow lakes because of their undetermined nutrient retention efficiency and unknown effects by the phytoplankton community.In this study,we aim to investigate the nutrient retention and algae succession in an embedded reservoir and adjacent wetland from April 2017 to September 2018 in the eastern part of Lake Taihu,China.More than 40% of total phosphorus(TP) and 45% of particulate phosphorous entering the reservoir were retained semiannually,and the highest TP removal efficiency was achieved in the reservoir during autumn with an average value of 53.3% ± 9.9%.The overall nitrogen retention efficiency(21.7% ± 37.8%) was lower than that of TP(41.8% ± 27.8%).Similar trends were obtained in the wetland area.An important pathway for phosphorus removal is through particulate matter retention.Our study revealed that nutrient retention mechanisms in the reservoir were primarily via macrophyte absorption,particulate substance sedimentation,and prolonged water residence time.Consequently,the phytoplankton biomass(Chl-a) in the reservoir decreased(from 48.0 to 25.2 μg/L) and water transparency improved,due to the decreased P level and transformation of the phytoplankton group into simple structures with good ecological status.Therefore,the combination of embedded reservoir and constructed wetland ecosystem can be used successfully to protect surface water.The results will be advantageous to groups seeking to preserve drinking water sources.     

Natural and anthropogenic sources of lead, zinc, and nickel in sediments of Lake Izabal, Guatemala

Sediments in Lake Izabal, Guatemala, contain substantial lead (Pb), zinc (Zn), and nickel (Ni). The lack of historical data for heavy metal concentrations in the sediments makes it difficult to determine the sources or evaluate whether inputs of metals to the lake have changed through time. We measured the relative abundances and concentrations of Pb, Zn, and Ni by X-Ray Fluorescence core scanning and by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry in three sediment cores to explore stratigraphic distributions of metals in the lake deposits. High amounts of Pb and Zn in the core taken near the Polochic Delta suggest that galena and sphalerite mining increased Pb and Zn delivery to Lake Izabal between ~1945 and 1965 CE. An up-core Ni increase in the core taken near a different mine on the north shore of Lake Izabal suggests that recent nickel mining operations led to an increase in Ni concentrations in the local sediments, but amounts in the other cores indicate that Ni is not widely distributed throughout the lake. Sediment cores from Lake Izabal are reliable recorders of heavy metal input to the lake, and were measured to establish background metal levels, which would otherwise be unavailable. Concentrations of Pb, Zn, and Ni in older, pre-20th-century Lake Izabal sediments reflect input from natural erosion of bedrock. Our results provide previously unavailable estimates of background metal concentrations in Lake Izabal before the onset of mining. These results are necessary for future monitoring related to mining contamination of the lake ecosystem.     

不同干扰强度下三江平原湿地土壤温室气体排放对冻融作用的响应

为评估季节性冻融作用对不同干扰强度湿地温室气体产生机制的影响,采用静态箱/气相色谱法,原位观测三江平原洪河国家自然保护区内未受干扰的常年积水的小叶章湿地(undisturbed Deyeuxia angustifolia wetland,UDAW)、保护区外受人类活动干扰导致湿地含水量减少的季节性积水的小叶章湿地(disturbed Deyeuxia angustifolia wetland,DDAW)以及由小叶章湿地开垦10年以上的水稻田(rice paddy,RP)的温室气体排放通量,分析季节性冻融作用对3种湿地温室气体排放的影响特征.结果表明:3种湿地在冻融期均有CO₂和CH₄排放,且在春季冻融初期CO₂和CH₄均出现短期的高排放现象,随着冻融温度升高,温室气体排放通量均逐渐增加.其中,CO₂排放通量表现为UDAW > DDAW > RP,CH₄排放通量却表现为DDAW > RP > UDAW;DDAW的CH₄排放速率与冻融温度的相关性最高(P < 0.01,R2=0.647 5),UDAW中二者的相关性最低(P < 0.01,R2=0.424 7).相关性分析显示,DDAW和RP土壤中CO₂与CH₄的排放通量均呈正相关(P均小于0.01,R2分别为0.749 1、0.574 4),而UDAW土壤中CO₂与CH₄的排放通量表现为弱相关(P < 0.05,R2=0.303 8),可见冻融温度会影响CO₂和CH₄的排放通量.季节性冻融作用影响了3种湿地土壤N₂O的排放通量,秋季冻融期UDAW和DDAW表现为N₂O的汇,而在春季冻融期3种湿地均表现为N₂O的源,表明不同干扰湿地N₂O的排放通量对冻融作用的响应不同,但均随土壤温度的升高其排放通量不断增加.研究显示,三江平原的冻融作用降低了湿地温室气体排放,干扰强度越大,冻融作用影响越小,且秋季冻融作用大于春季.      

查干湖汇水区面源污染风险识别及管控

面源污染是我国流域面临的主要水环境问题,为了识别面源污染高风险区和潜在风险路径,实现流域水环境保护,以查干湖水质目标为约束条件,构建4类关键“源”景观.选取高程、坡度、土地利用类型、污染强度、距居民点距离、距公路距离、距铁路距离、距水体距离等8个评价因子构建阻力面,对查干湖汇水区面源污染风险区和风险路径进行识别,提出管控分区和治理措施.结果表明:①查干湖汇水区关键“源”景观有4类,分别为面源污染单位面积高负荷区、坡度>3°区域、污染传输通道和临湖区域,面积共126.33 km2.②查干湖汇水区面源污染高风险区即面源污染重点管控区,占汇水区总面积的27.10%,主要位于乾安灌区有字泡区域、查干湖及周边泡沼沿岸.区内现有耕地不再增加,同时对坡度较大的区域退耕还湿、退耕还草,并设置污染降解设施.③查干湖汇水区面源污染较高风险区即面源污染一般管控区,占汇水区总面积的20.23%.该区鼓励开展有机农业,发展生态旅游.④查干湖北岸和东南岸、库里泡周边设置一定宽度的植被缓冲带,汇水区设置生态降解渠道333.41 km,生态湿地节点9个.研究显示,污染排放强度是查干湖汇水区面源污染风险的主要威胁因素,需要重点加强查干湖汇水区乾安灌区有字泡、湖区北岸及东南岸的面源污染管控.      

低通时序滤波轨线法在太湖营养过程识别中的应用

环境背景条件变化会导致湖泊ρ（Chla）与环境因子响应关系发生变化.采用低通时序滤波轨线方法可以方便地识别ρ（Chla）与环境因子响应关系的时间转折点,将长时间序列数据进行分段,从而建立分段回归函数,为研究环境因子与湖泊ρ（Chla）的因果关系提供了一种新的思路.以太湖为研究对象,采用低通时序滤波轨线方法,评估了2001—2018年太湖的ρ（Chla）与营养盐〔ρ（TN）、ρ（TP）〕以及氮磷比〔ρ（TN）/ρ（TP）〕的变化过程,研究了年均气温、滞留时间对产藻效率〔ρ（Chla）/ρ（TP）〕的影响过程.结果表明:①2006年、2011年为太湖营养过程轨线的两个时间转折点,将太湖的营养过程轨线分为3段.第1段为污染阶段（2001—2006年）,太湖的ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Chla）同步升高,于2006年达到第一个峰值;第2段为修复阶段（2006—2011年）,太湖的ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Chla）同步降低,于2011年达到谷值;第3段为富营养化加剧阶段（2011—2018年）,太湖的ρ（TN）呈下降趋势,ρ（TP）与ρ（Chla）同步升高,至今未出现转折点.②太湖藻类生长的限值因子为ρ（TP）,2011年之后氮磷比进入浮游藻类适宜生长区,为蓝藻暴发提供了条件.③2011—2018年产藻效率增长了51%,且目前仍在升高未出现转折点,气温升高可能是主要原因.④依据2011—2018年的滤波值建立ρ（Chla）-ρ（TP）的函数预测,为控制蓝藻暴发〔ρ（Chla） < 10 mg/m3〕,太湖的ρ（TP）需要控制在52 μg/L以下.⑤2006年后,太湖的滞留时间呈现缩短趋势,对藻类的繁殖形成抑制,但滞留时间不是影响产藻效率的关键因子.研究显示:自2006年太湖流域实施一系列生态修复工程后,湖泊氮浓度明显降低,但由于流域氮磷排放量较大而且湖体沉积物中累积磷含量较高,致使水体营养盐水平仍未降到能显著抑制蓝藻生长的水平;目前气温升高趋势仍在持续,太湖的控藻形势严峻,为摆脱气候变暖对蓝藻水华趋势的决定作用,应当在控氮基础上加大控磷的力度,同时更多考虑水文调节、生物修复、加强打捞等措施.      

洱海流域农业面源污染空间分布特征及分类控制策略

作为典型的高原坝区农业型流域,洱海流域农业面源污染严重,威胁洱海水质.以洱海流域为研究对象,综合数理分析及GIS技术,开展流域农业面源污染负荷分析及评价,使用排污系数法估算了2018年洱海流域农村生活、畜禽养殖业和种植业污染中COD（化学耗氧量）、TN（总氮）、TP（总磷）的排放负荷,并通过等标污染负荷法在GIS空间分析反映流域内污染排放分布情况.结果表明:①2018年洱海流域农业面源主要污染物COD、TN、TP的排放量分别为11 188.20、2 752.56和259.33 t.COD排放量主要来自畜禽养殖,TN与TP的排放量均主要来自种植业.②洱海流域农业面源主要污染物COD、TN、TP等标污染负荷分别为559.41、2 752.56和1 296.63 m3/a.种植业等标污染负荷在总等标污染负荷中的占比最高,为36.40%,其次是畜禽养殖业,为34.44%.③各乡镇的等标污染负荷差异较大,等标污染负荷范围为（286.16±150.67）m3/a,等标污染负荷强度范围（0.13±0.067）m3/a.④聚类分析结果表明,洱海流域农业面源污染可分为种植业主导型、种植业高污染型、生活污染主导型和畜禽养殖业主导高污染型等4种类型.研究显示:来源于种植业的面源污染是洱海流域水环境保护需要控制的首要污染源,TN是需要控制的首要污染物;排放量与等标污染负荷的空间分布特征均呈流域北部乡镇污染物排放量较高,但流域西部各乡镇排放强度较大的特征;流域内各乡镇防治面源污染需要针对其污染来源特点分别采取推进种养平衡、推广绿色种植、分区控制农田径流以及推进农村生活污水治理等分类控制策略.      

2001—2018年基于MODIS遥感影像的青海湖湖冰物候变化特征分析及其影响因素

青海湖是青藏高原上最大的咸水湖,研究该区域冬季湖泊冻融时间的变化趋势及其与气候变化之间的关系,可以为预测未来气候对青海湖水情变化提供重要的见解。根据冰的亮度温度值高于水的亮度温度值这一差异,使用2001—2018年MODIS MOD02QKM数据产品和Landsat TM/ETM+遥感影像分别提取了青海湖开始冻结、完成冻结、开始消融和完成消融四个时间点的数据,综合分析青海湖湖冰物候特征变化,并结合气象数据,得出湖冰物候变化对气候的响应。结果表明：青海湖每年11月左右进入冰期,12月开始形成稳定的冰盖,次年3月或4月开始消融。湖冰覆盖时长和封冻期的变化趋势基本相同,整体上呈现出缩短的趋势,湖冰消融期整体上呈现出先缩短后增加的趋势;2001—2018年,平均首日冻结面积为8.15%,平均冻结速率为192.02 km²?d^?1,开始冻结和完成冻结的日期略有延迟,开始消融和完成消融的日期已经大大提前;冬季温度越高,青海湖湖冰封冻时间越短,日照时数越长湖冰覆盖时长越短,对于湖冰消融期来说,降水量越多湖冰消融速度越慢,平均风速越大湖冰消融速度越快。初步认为,气温是湖冰冻融的主要因素,预测未来1—2 a青海湖冬季气温仍会呈现上升趋势,湖冰封冻时长也会出现缩短趋势。     

寒旱区湖泊沉积物中固氮微生物群落特征——以包头南海湖为例

为了探究寒旱区湖泊中固氮菌的地区差异性,利用固氮菌特异性功能基因nif H对南海湖沉积物中的固氮菌进行测定并分析其与环境因子之间的相互作用关系.结果表明：不同湖区优势固氮菌群落组成存在差异,整体上由3门（蓝藻门、厚壁菌门、变形菌门）10属（蓝藻菌属、着色菌属、梭菌属、鱼腥藻属、红螺菌属、厌氧粘细菌属、荚硫菌属、柱孢藻属、根瘤菌属、假单胞菌属）组成;寒旱区特有的冰封期长、紫外线照射强等环境条件导致沉积物中的主导固氮菌为蓝藻门下的微生物.冗余分析结果表明：较高的C/N和TP是固氮菌生存的必要营养条件,可以促进固氮反应的顺利进行,较高的TN和NH₃-N含量及较低的pH值会抑制表层沉积物部分固氮微生物的生长,较高的pH值尤其会抑制鱼腥藻属、荚硫菌属、蓝藻菌属、红螺菌属的生长.本研究通过探讨寒旱区固氮微生物在沉积物中的分布来研究固氮作用的潜在功能,进一步补充其在氮循环中的重要作用.