Yong在湖泊生态系统建模中的应用

基于达尔文“适者生存”理论的热力学表述，本文把热力学概念“Ｙｏｎｇ”作为一些重要模型参数的目标函数引入湖泊生态动力学模型，应用Ｙｏｎｇ控制下的参数组合模拟程序实现了参数随时间的变化，并通过变化的模型参数来反映湖泊生态系统中物种组成和生态结构随时间的变化。这一改进克服了以往模型刚性较强，适应性差和生态系统特性考虑少的缺陷，该改进的湖泊生态动力学模型被成功用于滇池生态系统的模拟。     

富营养化湖泊围隔中重建水生植被及其生态效应

水体富营养化导致水生植被衰退、蓝藻水华暴发、水质恶化和水生生态系统崩溃.恢复水生植被被认为是改善受损水体水质和提高其生态系统稳定性的重要手段.本研究通过构建大型围隔,根据水生植物的耐污程度及其对水质和底质等条件的需求,选取几种适宜的水生植物在围隔内进行移栽与群落构建,并以不移栽水生植物的围隔和围隔外水体作为对照.实验期间(2011年4月至2012年6月),围隔内移栽的几种水生植物全部存活,并建立了相对稳定的群落.同时还跟踪监测了3个处理组的水质情况,结果显示,移栽水生植物的围隔内水质明显优于围隔外,与未移栽水生植物围隔相比,也有很大程度的改善,其中移栽水生植物围隔内水体的总氮、铵态氮、总磷、水下消光系数相比于围隔外水体分别低30.55%、44.09%、36.04%和42.13%,相比于未移栽水生植物围隔内水体分别低5.96%、13.40%、6.70%和7.60%,透明度分别比围隔外水体和未移栽水生植物围隔水体高74.59%和8.70%,浮游植物生物量也大大低于围隔外,而浮游动物生物量却明显高于后者.此外,实验后移栽水生植物围隔内沉积物氮、磷含量及其间隙水总氮、总磷、铵态氮浓度明显低于围隔外和未移栽水生植物围隔.研究表明,在富营养化浅水湖泊中通过建立围隔进行合理的群落配置,进而逐步恢复水生植物是完全可行的,而水生植物恢复后加强对其管理和维护至关重要.     

中国湖泊生态系统突变时空差异

人类活动的加强导致湖泊生态系统发生"突变",造成生物多样性下降、藻类暴发、水质恶化等等环境和生态问题.中国许多湖泊已经发生"突变"或面临着突变风险.获悉湖泊生态系统发生突变的时空差异对于区域湖泊的保护,预防湖泊突变的发生以及制定合适的修复策略至关重要.本研究收集了中国55个不同区域湖泊的古湖沼学数据,探讨了湖泊突变的区...     

浅水湖泊生态系统的多稳态理论及其应用

在“八五”期间太湖研究工作的基础上,发展和充实了浅水湖泊多稳态理论,简要介绍了多稳态概念模型,并将这一理论和模型贯穿于太湖富营养化防治研究中;总结了太湖各湖区的状态演化过程,提出保护东太湖生态环境和治理五里湖的策略及技术路线,并付诸于实验;证明了利多稳态理论和多稳态模型指导湖泊富营养化防治的可行性。     

长江中下游浅水湖泊富营养化发生机制与控制途径初探

长江中下游地区是我国淡水湖泊比较集中的地区。该地区绝大多数湖泊为浅水湖泊,所有的城郊湖泊都已经富营养化,其他湖泊的营养状况均为中营养－富营养,处于富营养化的发展中,这些湖泊富营养化的原因同流域上的人类活动有很大的关系。一方面,工业,农业和城市生活污水正源源不断地向湖泊中排放。另一方面,人类通过湖泊围垦、湖岸忖砌,水产养殖等破坏自然生态环境,减少营养盐输出途径。国际上对于浅水湖泊富营养化治理的经验表明,即使流域上的外源污染排放降到历史最低点,湖泊富营养化问题依然突出,其原因与浅水湖泊底泥所造成的内源污染有关。动力作用导致底泥悬浮,,影响底泥中营养盐的释放,也影响水下光照和初级生产力。控制浅水湖泊富营养化,除了进行外源性营养盐控制之外,还必须进行湖内内源营养盐的治理。治理内源营养盐的有效途径是恢复水生植被,控制底泥动力悬浮与营养盐释放。而要进行水生植被恢复,必须进行湖泊生态系统退化机制及生态修复的实验研究。     

浅水湖泊生态系统恢复的理论与实践思考

随着我国湖泊生态环境越来越严峻,湖泊生态恢复也逐渐被人们所重视．实际上,湖泊生态恢复应该是一项系统工程、是通过一定程度地减缓或改善环境压力,结合某种或多种水生生物的种养措施,逐步使得生态系统向良性的或者是被改变前的状态发展,目前．湖泊生态恢复不是被单纯地理解为种草、养鱼等,就是被解释为生物群落的人为搭配或镶嵌．由于这种认识上的偏差,导致湖泊治理中有关生态修复的实践长期以来鲜有成功的实例．最后、以太湖为例,给出了湖泊局部水体生态修复达致净化水质的技术思路——通过改善环境来恢复水生植物,通过水生植物恢复来引导乍态系统向草型湖泊转变,通过水生系统恢复达到改善水质的目的．这种思路能否成功用于指导湖泊水生植物与生态系统恢复、还有待于进一步实践的检验．     

大型浅水湖泊富营养化国际研讨会在南京举行

2005年4月24日至26日,大型浅水湖泊富营养化国际研讨会在南京顺利召开.包括国际理论与应用湖沼学会执行副主席Brian Moss教授、《Ecological Modelling》主编S.E.J φrgensen教授、《Ecological Engi- neering》主编Williams Mitsch教授等来自美、德、奥、丹、荷等20余国的代表约200人出席了会议.大会共收到论文136篇.大会邀请了三位教授作了大会主题发言,分别是刘正文教授(太湖生态环境状况)、Brian Moss教授(湖泊生态修复的发展现状)和Williams Mitsch教授(湿地与浅水湖泊的模拟与管理)会议按五个主题进行专题交流,大会报告有:(1)湖泊物理过程及其生态环境效应:David Hamilton(物理要素对蓝藻     

蒙新高原湖泊高等水生植物和大型底栖无脊椎动物调查

2008年7月和9月调查了我国蒙新高原12个湖泊的高等水生植物和大型底栖无脊椎动物,除阜康天池外皆采集到了水生植物和底栖动物.水生植物共有8科12种,优势种为芦苇和蓖齿眼子菜.底栖动物共鉴定出4门8纲26科64种(属),优势类群为摇蚊和水丝蚓.乌梁素海的水生植物和底栖动物种类最丰富,分别为9种和35种(属).乌梁素海和哈素海全湖都有水生植物分布,但其它湖泊仅分布在个别湖湾.不同湖泊间的底栖动物群落相似性很低.将蒙新地区湖泊湖区分为敞水区、沿岸带水生植物区和强劲湖流区.底栖动物在沿岸带水生植物区的多样性比敞水区高,优势集中性比敞水区低,而强劲湖流区无底栖动物.沿岸带水生植物区不同类型生境中的底栖动物群落相似性分析表明沉水植物密布、风生湖流微弱生境中的底栖动物最丰富,风生湖流强劲生境中无底栖动物.总体上,蒙新高原湖泊水生植物和底栖动物群落相似性较低,要保护湖泊生物多样性,建议对每个湖泊进行适当保护,重点保护风生湖流较弱的沉水植物区.     

古湖沼学研究揭示湖泊生态系统服务变化的过程

当今在气候变化和人类活动等多重压力影响下,作为地表过程重要组成部分的湖泊生态系统正遭受着巨大威胁,其服务功能急剧退化.如何客观地评价湖泊生态系统服务的现状,并科学地预测其发展趋势,是当前亟待解决的问题.开展长期生态系统服务变化过程与机理的分析,有助于未来生态系统服务变化趋势的预测.然而,现有的观测数据往往时间较短(通常小于50年).连续的湖泊沉积记录为研究生态系统服务变化的长期过程提供了可能.本文结合前人研究成果,列举了可反映湖泊生态系统服务变化的一些古湖沼学指标,依据这些指标相对明确的生态和环境指示意义,将其与各项服务关联起来.最后,结合巢湖实例分析来说明这些指标在评估湖泊生态系统服务方面的具体应用,研究表明当今巢湖生态系统服务供应能力的持续增加是以调节服务的丧失为代价的.尽管目前的研究尚处于起步阶段,但古湖沼学手段无疑为今后湖泊生态系统服务历史状况的评估提供了途径,为古湖沼学的应用提供了一种新的思路,并为今后生态系统的保护和可持续利用提供重要的决策依据.     

富营养化浅水湖泊沉水水生植被的衰退与恢复

对国外近年来有关富营养化浅水湖泊的退化与恢复方面的研究进展以及生物操纵作用作了述评,对有关富营养化湖泊沉水植被衰退的有代表性的３种假说也作了介绍。根据“八五”期间武汉东湖水生植被重建的研究工作和多年积累的湖泊水生植被调查资料,提出了长江中下游浅湖富营养化过程中沉水植被演替的模式。     

湖泊生态系统产甲烷与甲烷氧化微生物研究进展

湖泊生态系统是重要的大气甲烷来源,其甲烷释放量占全球自然生态系统的40%.产甲烷和甲烷氧化微生物在湖泊甲烷生产和消耗过程中发挥关键作用.本文综述了近期有关湖泊生态系统甲烷产生与氧化过程的研究进展,重点介绍产甲烷与甲烷氧化微生物在湖泊中的分布特征、代谢途径以及调控机制.现有研究表明,湖泊中甲烷的生成不仅仅依靠赋存于沉积物和水体厌氧层的产甲烷古菌,还可能来自有氧环境中其他产甲烷微生物的代谢作用.湖泊中的甲烷在脱离水体逸散至大气之前,被甲烷氧化微生物利用,转化成二氧化碳和小分子有机化合物(如甲醇、甲醛和甲酸等).除了传统依赖氧气作为电子受体的好氧氧化过程外,新近研究还揭示了多种厌氧甲烷氧化过程,包括依赖还原硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐以及Fe~(3+)/Mn~(4+)等金属离子的甲烷氧化过程.文献综合分析表明,反硝化型厌氧甲烷氧化过程主要发生在淡水湖泊中,而硫酸盐还原型主要发生在高盐度或者高碱度湖泊中.水体温度、溶解氧浓度可以显著影响产甲烷与甲烷氧化微生物的丰度与群落结构,其他湖泊环境条件,如盐度、pH和有机质类型等都可能改变产甲烷与甲烷氧化微生物的分布和代谢活性.不同湖泊类型的比较研究,有助于全面掌握影响湖泊产甲烷与甲烷氧化微生物的时空分布与代谢特征的主导因素.     

Hydro-ecology of groundwater-dependent ecosystems: applying basic science to groundwater management

Abstract

Effective policies to protect groundwater-dependent ecosystems require robust methods to determine the environmental flows and levels required to support species and processes. Frameworks to support groundwater management must incorporate the relationships between hydrology and species and ecological processes. These hydro-ecological relationships can be used to develop quantitative, measurable thresholds that are sensitive to changes in groundwater quantity. Here we provide a case study from a group of fens in central Oregon, USA, that are used for cattle watering, but also support numerous sensitive species. We developed quantitative relationships between the position of the water table and wetland indicator plant species and the process of peat development, to propose groundwater withdrawal thresholds. A maximum depth to water table of –0.9 to –34.8 cm for fen plants and –16.6 to –32.2 cm for peat accretion can be tolerated in these wetlands. Defining hydro-ecological relationships as thresholds can support management decisions.

Editor D. Koutsoyiannis; Guest editor M. Acreman

Citation Aldous, A.R. and Bach, L.B., 2014. Hydro-ecology of groundwater-dependent ecosystems: applying basic science to groundwater management. Hydrological Sciences Journal, 59 (3–4), 530–544.     

Experimental study on phosphorus release from sediments of shallow lake in wave flume

Influence of wave on sediment resuspension and nutrients release from sediments, collected from Lake Taihu and Lake Chaohu, was studied in flume experiments. Under strong-wave conditions, concentrations of suspended solids (SS), total phosphorus (TP) and dissolved total phosphorus (DTP) in overlying water were increased significantly following the sediments re-suspension. During the experiments on sediments of Lake Taihu and Lake Chaohu, TP concentrations increased 6 times and 3 times, and DTP concentration increased 100% and 70% more than it in presuspension, respectively. Concentration of soluble reactive phosphorus (SRP) of experiment on sediment of Lake Taihu increased 25%. During the massive sediment suspension, the dissolved phosphorus in pore water and much of the phosphorus adsorbed by the sediment particles were released into overlying water. The phenomena in this wave flume experiment are quite similar to the situation observed in situ of Lake Taihu. The critical wave stresses of sediment re-suspension are nearly equal. The change of concentrations of SS, TP, and SRP was the same as that in situ situation. This study showed that concentrations of TP and SRP in lake water could be increased significantly by wave disturbance. Phosphorus release was significantly enhanced by wave disturbance at the beginning of massive sediment re-suspension, but decreased later.     

镧改性膨润土对浅水湖泊水体磷浓度和沉积物磷形态的影响

分析湖泊沉积物磷形态的变化是揭示控制沉积物磷释放机理的关键.本研究分析了暨南大学南湖加镧改性膨润土前后水体磷浓度和沉积物磷形态变化,以探讨镧改性膨润土对削减水体磷浓度的效果.结果显示,镧改性膨润土添加后,上覆水磷浓度波动较大,总体呈下降趋势;至60 d时,水体总磷、颗粒态磷、总溶解磷和溶解性反应磷分别比添加前下降了45.1%、44.1%、48.2%和85.3%;沉积物中的弱结合态磷和氧化还原敏感性磷含量减少,更稳定的磷灰石结合态磷和残渣磷含量增加,而金属氧化物磷和有机磷含量变化较小.本研究表明镧改性膨润土能改变沉积物磷形态,使活性磷转化为稳定的磷形态,从而提高沉积物对磷的滞留能力、降低湖水磷含量,改善水质.     

鄱阳湖不同湖区营养盐状态及藻类种群对比

在平水期、丰水期和枯水期对鄱阳湖典型天然碟形湖、人控湖汊和主湖区进行了水质、藻类和蓝藻毒素等对比调查,结果表明鄱阳湖各个湖区的水质与藻类种群等差异较大,蓝藻毒素浓度和底泥中铁含量的分布具有一定关联性.在各水文季节蓝藻均为人控湖汊藻类的主要优势种之一.平水期鄱阳湖藻类生物量(叶绿素a浓度)与水体的pH呈正相关关系,与采样点的水深呈负相关关系,碟形湖区水体营养盐浓度和藻类细胞密度均较其他湖区水体低.丰水期各湖区的水质差异相对较小,碟形湖藻类细胞密度仍低于其他湖区,但蓝藻已成为各湖区的优势种,该时期藻类生物量与水体总磷浓度及浊度呈正相关关系.枯水季鄱阳湖各水体藻类生物量与水体总氮浓度、铵态氮浓度及电导率呈正相关关系,碟形湖与主湖区发生了完全分离,水体流动性差,暴发蓝藻水华的风险较高.高温丰枯季节鄱阳湖水体蓝藻毒素浓度与底泥铁含量呈现一定的相关分布关系,底泥铁含量高的地方,其水体蓝藻毒素浓度通常比较高,应警惕鄱阳湖流域富铁红壤流失带来的湖区蓝藻水华风险加剧后果.上述研究结果将为鄱阳湖水环境的预警和污染控制提供科学指导.     

Phosphorus forms and bioavailability of lake sediments in the middle and lower reaches of Yangtze River

Forms of phosphorus in sediments from 25 lakes in the middle and lower reaches of Yangtze River were analyzed by the sequential extraction procedure. Contents and spatial distrubution of algal available phosphorus (AAP) in sediments of Lake Taihu, the third largest freshwater lake of China, were also studied. Relationships between phosphorus forms in sediment and macrophytes coverage in sample sites, as well as phosphorus forms in sediments and chlorophyal contents in lake water were discussed. Exchangeable form of phosphorus (Ex-P) in surface sediments was significantly positive correlative to total phosphorus (IP), dissolved total phosphorus (DTP) and soluble reactive phosphorus (SRP) contents in the lake water. Bioavailable phosphorus (Bio-P) contents in sediments from macrophytes dominant sites were significantly lower than that in no macrophyte sites. In Lake Taihu, Ex-P content in top 3 cm sediment was highest. However, content of ferric fraction phosphorus (Fe-P) was highest in 4 - 10 cm. Bioavalilble phosphorus (Bio-P) contents in surface sediments positively correlated to Chlorophyll a contents in water of Lake Taihu with significant difference. Therefore, contents of Bio-P and AAP could be acted as the indicators of risks of internal release of phosphorus in the shallow lakes. It was estimated that there were 268.6 ton AAP in top 1 cm sediments in Lake Taihu. Sediment suspension caused by strong wind-induced wave disturbance could carry plenty of AAP into water in large shallow lakes like Lake Taihu.     

淡水生态系统温室气体通量监测方法综述

淡水系统是全球温室气体排放清单中最具不确定性的组成部分。淡水生态系统温室气体通量监测的方法多种多样,不同方法之间观测结果存在偏差,在一定程度上限制了全球或区域间的相互比较,是造成目前全球估算不确定性的重要原因。然而,目前关于淡水系统温室气体排放通量监测方法的系统梳理、比较及影响因素分析等鲜见报道。本研究在总结淡水系统温室气体排放特征的基础上,整理当前主要监测方法（箱法、边界层模型法、微气象法、倒置漏斗法）的基本原理、通用模型与算法、适用条件以及优缺点等,评价不同方法在实际应用中的适应性;进一步分析不同方法观测偏差的主要影响因素,提出当前箱法与边界层模型法存在方案众多、缺乏统一规范等问题,为研究方法的优化提供科学支撑;同时,综述了不同方法的对比研究,大部分研究发现箱法估算结果高于边界层模型法,而微气象法与箱法、边界层模型法观测的结果的一致性仍存在争议;最后,本研究提出未来应重点关注淡水系统温室气体通量监测方法的偏差来源及潜在影响,建议开展更多相关的方法学研究,进一步优化相关的估算模型及参数,研发具有普适性的监测规范,为提高监测结果的精度提供支撑。