三峡工程对两湖的生态影响

长江干流的渔业捕捞量从1954年的43万t下降到2011年的8万t,降幅达81%,而两湖(洞庭湖和鄱阳湖)的渔业捕捞量分别在2~4万t之间波动。三峡大坝对洞庭湖三口径流量的影响有限,但使江水倒灌鄱阳湖的天数和水量进一步降低。长江来水占洞庭湖径流量的30%,而在鄱阳湖中仅有0.1%,因此,对维持长江干流的渔业资源(特别是产漂流性卵鱼类)来说,洞庭湖的重要性远超鄱阳湖。干流渔业资源的衰退主要是江湖阻隔的结果,虽然过度捕捞起到了推波助澜的作用,因此,即使在干流休渔十年,也未必能使长江的渔业资源大幅回升。如果在两湖建闸,长江渔业资源的衰退将会进一步加剧,江豚的灭绝可能难以避免,因此,维持两湖与长江的生态联系,对长江干流生物多样性的维持至关重要。     

基于洪水过程的农业洪灾变化遥感快速评估模型及其应用

洪涝灾情的准确测度需要同时兼顾淹没区的面积大小和淹水时长信息。利用淹没区内由水和作物等多种地物所组成的"复合水体"不同于水体的波谱时间变化特性,将不同洪灾时期的水体指数和植被指数进行信息复合,以有效凸显水体和洪涝淹没区之间的影像差异,据此进行了灾初期、峰期和中后期等3个时次受淹范围的有效识别。在此基础上,根据洪涝灾情随着淹没时长而加重以及灾区内淹水时长非均匀分布的特性,建立基于淹没时长的受淹面积不等权参与的洪灾扩展动态度指数(Variation Index of Flood,VIF)和区域灾情比较指数(Comparison Index of Flood Disaster,CIFD)两种模型,并将模型应用于鄱阳湖区2016年夏季农业洪涝灾害的时空变化遥感监测。结果显示,应用上述两种模型不仅可以准确获取鄱阳湖区本次农业洪涝灾情的演变趋势,而且能够方便地对比分析区域内不同地方的受灾程度。鄱阳湖区在2016年6月23日~7月25日期间的洪涝灾情具有由弱增强再趋弱的特征,其VIF指数由初始阶段(6月23日~7月9日)的3.75降至后续阶段(7月9日~7月23日)的1.29;鄱阳县是研究区内受灾最严重的区域,其CIFD指数值居于研究区内各受灾县市之首,该县受灾总面积以及多次被淹的灾区面积均高于其他县市。     

运用证据权重与确定性系数合成模型进行钉螺-环境因子的空间关系研究

钉螺是血吸虫唯一中间宿主,研究钉螺与孳生环境因子的空间关系对采取有效的查螺、灭螺措施有重要的科学和社会价值。以鄱阳湖恒湖农场茶叶港草洲为研究对象,应用证据权重法与确定性系数法合成模型研究植物南荻、苔草、藜蒿、土壤温度、土壤湿度、导电率、海拔高程7个证据因子与"钉螺出现与否"的空间关系。结果表明:研究区内一定范围内高程的增加易于钉螺孳生;钉螺在湿度相对较大(大于0.35%(m~3/m~3))的环境中分布较少;苔草丰度过大(高于4 368 cm~3/m2)过小(低于1 457 cm~3/m2)都不利于钉螺孳生;钉螺较易孳生在南荻丰度较大(高于2 745 cm~3/m2)的区域;电导率较高(高于0.07 m S/cm)区域钉螺较少;土壤温度在16~20℃范围利于钉螺孳生。在模型预测结果图中,占研究区总面积13.7%的极高易发区的较小范围内预测到82%的钉螺空间分布,评价曲线的曲线下面积高达88.7%,说明模型的预测成功率很高,表明该模型适合研究区域钉螺孳生与其影响因子之间的空间关系。     

鄱阳湖水利枢纽工程与湿地生态保护

鄱阳湖水利枢纽工程是鄱阳湖生态经济区规划中的重要内容,针对公众围绕枢纽工程对生态环境影响的质疑,通过对鄱阳湖湿地生态系统特征的分析,提出了鄱阳湖的生态保护目标与主要保护对象,论述了鄱阳湖近年来出现的水量不足、水质恶化、湿地退化、渔业资源萎缩等主要生态问题,介绍了目前鄱阳湖水利枢纽工程的构想,分析了枢纽工程可能产生的影响。在此基础上,提出了开展枢纽工程的科学论证与科学规划,进行生态系统设计,实行阶梯式水位、适应性生态调度和动态化科学管理的建议。     

应用生态系统方法研究鄱阳湖枯水调节

2003年以来,鄱阳湖枯水期水位连创新低,持续时间延长,导致水质恶化、湿地生态系统遭受破坏、候鸟栖息地受到威胁;生产生活用水、农田灌溉、航运和水产捕捞受到严重影响。为了改变鄱阳湖枯水期持续处于低水位状态,确保江湖水系健康,利用生态系统方法,提出了鄱阳湖枯水调节的基本原则：改善生态环境为主要目的,调枯不调洪;从整体出发,做到江湖两利;以简单工程进行调节,趋利避害;保持工程运用的灵活性,实施适应性管理。同时,初步规划了鄱阳湖枯水调节工程的地点、规模和运行方式。作为一个以保护和改善生态环境为主的水利工程具有改善水环境、保护水生态、维护水安全,保护鄱阳湖湿地的生态环境和候鸟越冬条件,缓解长江下游枯水期低水位状态和促进湖区经济社会发展等方面的效益。     

鄱阳湖区人地关系转变及其驱动力分析

通过综述鄱阳湖区人地关系史3个重要时期“围湖造田”、“退田还湖”及“鄱阳湖生态经济区”人类活动对湖区生态环境的影响及三者的转变过程,探讨了湖区人地关系的转变及其驱动力。结果表明“围湖造田”降低了湖泊、湿地的诸多功能（如调蓄洪水、维持生物多样性、碳汇等）,促生了人地之间的紧张关系;“退田还湖”则使湖泊、湿地功能得以逐步恢复,缓和了湖区人地关系,而“鄱阳湖生态经济区”的提出与建设将产生良好的社会、经济与生态效益,把湖区人地关系推向和谐阶段。鄱阳湖区人类活动由“围湖造田”到“退田还湖”的转变是在当地人民对自然灾害的深刻反省与国家政策的双重驱动下实现的,而“鄱阳湖生态经济区”的提出与建设则是人与自然和谐相处的价值观在社会、经济发展中的体现,是当地人民主动建设生态文明和实践科学发展观的典型案例。     

鄱阳湖沉积物有机磷累积特征及其与流域发展间的响应关系

选取了鄱阳湖4个柱状沉积物,应用改进的Hedley磷形态连续提取法和有机磷(OP)酶水解技术,研究了其OP累积特征、生物有效性变化及其与流域发展间的响应关系.结果表明:1自1972年以来,鄱阳湖沉积物OP含量呈持续增长趋势,其中南部湖区和"五河"尾闾区较北部和中部湖区增长趋势明显;不同阶段沉积物OP中H2O-Po和HCl-Po含量呈先下降,而近十年又有所增加趋势;Na OH-EDTA-Po含量则呈持续增长趋势,即鄱阳湖沉积物OP增加主要是由于Na OH-EDTA-Po的增加所致.2鄱阳湖沉积物各形态OP组成各异,其中H2O-Po含量较低,以类植酸磷为主,生物有效性较低;Na OH-EDTA-Po含量较高,以活性单酯磷为主,生物有效性较高.鄱阳湖沉积物OP增加主要来源于活性单酯磷,其生物有效性也呈增长趋势,二酯磷和类植酸磷则在1972—2002年间为下降趋势,2002年以来有所增加.3鄱阳湖沉积物OP,特别是Na OHEDTA-Po的累积主要受流域农业面源污染影响,其中沉积物OP和Na OH-EDTA-Po含量与流域单位面积磷肥施用量显著正相关,表明流域农业面源污染是导致鄱阳湖沉积物OP含量增加的重要原因之一.     

鄱阳湖流域面源污染负荷模拟与氮和磷时空分布特征

基于气象、土壤、土地利用、数字高程模型和农业管理等数据基础上,对输入鄱阳湖赣江、抚河、信江、饶河、修水等"五河"上的7个水文站的径流、泥沙和面源氮(N)和磷(P)污染负荷进行参数的敏感性分析,利用实测数据对参数校准和验证,通过SWAT模型对2003—2012年十年间入湖的径流、泥沙和面源N、P污染负荷进行了模拟.2003—2012年面源总氮(TN)、总磷(TP)、硝氮(NO-3-N)、有机氮(ON)和有机磷(OP)面源污染负荷入湖特征呈现出:时间变化上,年际间变化大、年内集中在4—7月入湖,鄱阳湖N、P污染负荷主要来自于面源污染,入湖面源TN组份中NO-3-N所占比重较高,TP组份中OP所占比重较高的特征;空间分布上,"五河"中赣江流量和流域面积最大,流域各项面源N、P污染物入湖量最大;修水流量和流域面积最小,流域各项面源N、P污染物入湖量最小的特征.     

江湖关系变化对鄱阳湖沉积物氨氮释放风险的影响

选取了鄱阳湖北部湖区、“五河”入湖尾闾区、湖心区共14个不同高程的表层出露沉积物样品,通过研究其总氮(TN)含量和氨氮(NH4+-N)释放热力学及动力学特征,试图揭示江湖关系变化导致的水位变化对鄱阳湖沉积物氨氮释放风险的影响.结果表明,鄱阳湖沉积物TN含量在377～3875mg/kg之间;NH4+-N吸附/解吸平衡浓度(EC0)在1.49～2.99mg/L之间;单位沉积物NH4+-N的最大释放量在17.00~140.97mg/kg之间,NH4+-N释放主要集中在0~5min时段,占最大释放量的50.84%~73.34%,TN含量、EC0浓度、NH4+-N的最大释放量及初始释放速率均随沉积物所处高程的增高而增大,由此可见近年来由于长江来水量减少,鄱阳湖与长江之间江湖关系的改变,引起鄱阳湖枯水期提前及低枯水位持续时间增加,导致沉积物出露时间延长,进而促使沉积物TN含量、EC0浓度、单位沉积物NH4+-N最大释放量及0~5min时段NH4+-N释放速率升高,进而引起沉积物NH4+-N释放风险增大,是导致鄱阳湖水质恶化的重要机制之一.如果此江湖关系变化持续,枯水期低枯水位持续,势必引起沉积物出露面积进一步增大及出露时间的延长,最终可导致来年丰水期鄱阳湖沉积物NH4+-N释放风险增大.     

鄱阳湖CDOM三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱（3DEEM）结合平行因子分析法（PARAFAC）,对鄱阳湖水样的荧光光谱进行研究,探讨了有色溶解有机物（CDOM）荧光组分与氮磷营养盐之间的关系.结果表明,鄱阳湖水体CDOM由2类3个荧光组分组成,即类腐殖荧光组分C1（245/391nm）和C2（255,340/453nm）,及类酪氨酸组分C3（275/304nm）.在CDOM组成中,微生物作用类腐殖质C1占40.8%,陆源类腐殖质C2占30.8%,类酪氨酸物质占28.4%.类腐殖质和类酪氨酸在两个极端水文条件下表现出截然不同规律,即类腐殖质在枯水期荧光强度和贡献都为最低,在丰水期贡献率最大,而类酪氨酸在丰水期,荧光强度和贡献为最低,在枯水期贡献率最大.CDOM各荧光组分强度分布因水文条件不同具有差异性.各荧光组分在同一水文条件下,荧光强度变化趋势相似.荧光光谱参数结果表明,鄱阳湖水中CDOM呈现外源和内源的特征,其中枯水期以外源输入为主.各荧光组分都与水体中总氮（TN）和溶解性总氮（DTN）呈现显著正相关,类酪氨酸组分与总磷（TP）呈现显著正相关.