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。     

近400年来湖北大九湖泥炭地摇蚊对湿度变化的响应

神农架大九湖泥炭地是华中地区少有的亚高山泥炭藓湿地,是研究长江中游气候变化及其生态效应的理想区域.本文通过大九湖一根泥炭岩芯的年代学、元素及摇蚊亚化石记录,结合区域古气候资料,探讨大九湖泥炭地地表干湿变化历史及生物响应过程.结果表明,近400年来大九湖泥炭地古水文和摇蚊种群变化经历了3个主要阶段：1820s之前研究区内气候偏冷湿,尤其是1720s-1820s年间,冷湿的环境有利于泥炭中碳的大量积累,较高的地表有效湿度使得摇蚊大量生长,同时湖泊相摇蚊属种丰富度及含量均较高;1820s-1940s年间,区域内夏季降水量显著降低,同时伴随明显的区域增温过程,泥炭地地表有效湿度过低不利于水生生物生长,摇蚊种群生物量极低;1940s （尤其1970s）后,摇蚊种群丰度逐渐回升,但湖泊相摇蚊丰度较1820s以前明显降低,半陆生摇蚊属种丰度有所增加,说明尽管该时期泥炭地表湿度有所增加,但较1820s前仍较低,暖湿气候下泥炭分解也较为明显.本研究探索性地分析了气候变化背景下泥炭地摇蚊种群对泥炭地湿度变化的响应过程,这不仅为摇蚊亚化石在气候变化研究中的应用开拓了新的领域,同时也为全面、精准地理解泥炭地演化及区域环境变化过程提供了新线索.     

浅水湖泊底栖-敞水生境耦合对富营养化的响应与稳态转换机理:对湖泊修复的启示

浅水湖泊中的初级生产者主要由分布在底栖生境中的底栖植物和生活在敞水生境中的浮游植物组成.底栖植物主要包括维管束沉水植物和底栖藻类等,浮游植物则主要为浮游藻类.贫营养浅水湖泊湖水营养盐浓度低,透明度高,底栖植物因能直接从沉积物中获取营养盐,往往是浅水湖泊的优势初级生产者.随着外源营养盐负荷的增加,湖水中的营养盐浓度不断升高,浮游植物受到的营养盐限制作用减小,加上其在光照方面的竞争优势,逐步发展成为湖泊的优势初级生产者,湖泊逐步从底栖植物为优势的清水态转变为浮游植物为主的浑水态,即稳态转换.在稳态转换过程中,浅水湖泊生态系统结构与功能发生了一系列变化,本文综述了浅水湖泊沉积物性质和生物(浮游植物、底栖植物、底栖动物和鱼类等)群落结构的变化,分析了这些变化对底栖植物、浮游植物之间竞争优势和底栖-敞水生境间磷交换的影响,探讨了富营养化驱动的底栖-敞水生境耦合过程变化和稳态转换机理.了解浅水湖泊底栖-敞水生境耦合过程与稳态转换机理对富营养化浅水湖泊修复有重要意义.富营养化浅水湖泊修复实际就是重建其清水态,在制定修复目标时应该关注评价清水态的指标,如透明度、浮游植物生物量、底栖植物的覆盖度或优势度...     

亚高山湿地摇蚊亚化石记录的近两百年来环境演化——以重庆葱坪湿地为例

偏远的亚高山湿地受人为活动直接干扰较小,是追踪气候变化和大气沉降双重影响下湿地生态系统演化的理想研究地.本研究以位于巫山的葱坪湿地为研究对象,基于一根50 cm沉积岩芯的²¹⁰Pb和¹³⁷Cs测年、摇蚊亚化石和元素序列,探讨该湿地近200年来环境演化历史.结果表明,摇蚊种群由1910年之前的Chironomus anthracinus-type、Limnophyes sp.、Cladotanytarsus mancus-type 1变为1910-1925年的C.mancus-type 1、C.anthracinus-type、Procladius sp.和Endochironomus impar-type的优势组合,这些优势种均指示浅水环境.此后,耐营养种E.impar-type、Polypedilum nubeculosum-type和C.anthracinus-type逐渐成为优势种.冗余分析表明,总磷、总碳和钙是解释摇蚊组合变化的显著环境因子.20世纪30年代以前摇蚊种群可能与进入湿地的径流量小、水位较低相关,而20世纪中叶以来摇蚊组合变化指示大气沉降增长背景下湿地营养富集过程.在大气沉降和气候变化的双重影响下,耐营养属种增加和生物多样性降低表明葱坪湿地生态环境正发生退化.     

洪湖湿地生态系统演变及稳态转换关键驱动因子阈值研究

利用1990—2020年洪湖水环境监测数据和2011—2020年洪湖沉水植物调查数据,探讨洪湖湿地生态环境演化规律,识别稳态转换关键驱动因子并确定其阈值。研究结果表明:1990—2020年以来洪湖水质变化主要总结为5个阶段和3个时期,整体上呈现出不断恶化的趋势;2011—2020年以来洪湖沉水植物Margalef物种丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson和Pielou均匀度指数分别降低32%、59%、60%和46%,特别是2016年洪涝灾害后沉水植物出现严重衰退;洪湖生态系统发生稳态转换的关键时期是2002和2011年,总磷是洪湖湿地生态系统稳态转换的关键驱动因子;清水态向浊水态转换的总磷阈值为0.092 mg/L,浊水态向清水态转化的阈值为0.051 mg/L。本研究可为洪湖入湖污染负荷削减量估算提供参考,为洪湖湿地生态修复的营养盐优先控制策略提供指导。     

新疆巴音布鲁克湿地沉积摇蚊记录对气候变化的响应

基于新疆巴音布鲁克高寒湿地中一碟形洼地沉积岩芯210Pb测年、摇蚊、沉积理化指标分析结果,利用冗余分析,结合气象资料,探讨了近60 a来气候变化对摇蚊演替的影响.摇蚊亚化石组合表明,从1990s开始摇蚊优势种从适应性较强的Chironomus plumosus-type向与水生植物关系密切的Dicrotendips nervosus-type、Paratanytarsus penicillatus-type转变.冗余分析结果表明总有机碳含量和粒度是影响摇蚊组合演替的主要环境因子,两者共同解释了摇蚊组合变化的31%.气候变化通过改变湿地水量平衡影响水生植被、土壤侵蚀和水体扰动,进而影响摇蚊种群演替.     

夏季东太湖光合有效辐射衰减特征及其对沉水植物恢复的指示

水下光照分布是影响水生态系统的重要因素,研究光合有效辐射衰减特征对于沉水植物恢复具有一定的指导意义.根据沉水植物生物量资料,将东太湖划分为沉水植物茂盛区、沉水植物稀疏区和无植物区3种区域.基于2019年夏季原位水下光场资料,探讨了东太湖光衰减特性和光照衰减因子的空间差异以及不同区域内的主导衰减因子,分析了东太湖的稳态阶段和富营养化水平,并阐述了真光层深度与透明度的关系,以期为东太湖沉水植物恢复和保护提供相关资料.结果表明:东太湖不同区域光衰减特性差异显著,光合有效辐射衰减系数(k d(PAR))在0.73~11.80 m^-1之间变化,真光层深度范围为0.39~6.31 m.不同区域的无机悬浮物和有机悬浮物浓度存在显著性差异,稀疏区叶绿素a浓度显著高于茂盛区,而与无植物区没有显著差异,有色可溶性有机物(CDOM)吸收系数在3种区域无显著性差异.k d(PAR)与无机、有机悬浮物的线性拟合效果较好,而与叶绿素a、CDOM拟合较差.水体吸收和散射作用是茂盛区光衰减的主要原因,无植物区域主导衰减因子仅有无机悬浮物,稀疏区由叶绿素a和无机悬浮物共同主导,是生态修复需要重点关注的区域,有机悬浮物和CDOM对东太湖光照衰减没有太大影响.东太湖目前正处于从草型稳态向藻型稳态过渡的阶段,整个湖泊属于富营养水平,真光层深度大约为透明度的2.7倍.     

西秦岭东段对青藏高原东向扩展过程构造响应的古地磁制约

为探究青藏高原东向扩展隆升过程中"十字构造"枢纽处西秦岭各部分的变形特征,在舟曲、武都、成县和凤县等地区下白垩统和新近系中开展了详细的古地磁研究.获得了舟曲和成县地区的早白垩世古地磁极(舟曲85.7°N,279.8°E,A95=9.1°;成县72.3°N,226.3°E,A95=6.8°),以及武都地区的新近纪古地磁极(65.8°N,206.1°E,A95=12.8°).将其分别与同时代的华北地区古磁极进行对比后表明：(1)早白垩世之后,舟曲地区相对于华北发生了14.7±5.8°的逆时针局部构造旋转;(2)成县地区早白垩世古地磁极与华北参考极一致;(3)新近纪之后,武都地区相对于华北参考极发生了25.1±5.6°的顺时针局部构造旋转.结合前人成果,我们认为：青藏高原向东扩展演化过程在西秦岭地区的构造响应,各构造部位展示出不同的活动特征.北西侧区域表现为左行走滑断裂,控制断裂两侧地块呈现原地顺时针旋转,与青藏高原东北部地区的动力机制一致;南西侧区域主体受控于松潘甘孜北东向挤压逆冲,并在北东向次生走滑断裂作用下平移错动,伴随断裂附近的拖曳变形,导致局部逆时针转动;东部区域早期走滑断裂形成拉分盆地,晚期受挤压应力改造,边界断裂发生构造翻转,盆地内弱变形.     

太湖梅梁湾摇蚊亚化石沉积记录及营养演化研究

对太湖梅梁湾T0905岩芯摇蚊幼虫亚化石组合进行了分析,探讨了自1940年以来梅梁湾湖区摇蚊幼虫对营养盐演化的响应.结果表明,梅梁湾湖区摇蚊组合变化以1970年为分界点,经历了由Tanytarsus为优势属种向富营养属种Chironomus plumosus-type和Microchironomus为优势组合转变的过程...     

太湖流域西氿湖沉积岩芯中重金属污染及潜在生态风险

通过对太湖流域西沈湖沉积物岩芯XJ2中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr等5种重金属元素总量的分析,结合测年结果,揭示了不同时间段重金属污染物的分布特征,并利用Hakansen潜在生态风险评价法对沉积物岩芯的污染状况及潜在生态风险的历史变化进行了研究.结果表明岩芯受Cd元素污染最重,其它4种元素较Cd则轻得多,因此Cd元素是影响该地区沉积物潜在生态风险的绝对主导因素.从20世纪初叶开始,沉积物中的重金属元素污染及其相应的潜在生态风险开始上升,并且上升幅度不断加剧,到20世纪90年代达到最大值,沉积物污染及潜在生态风险级别均为很高,随后便开始迅速下降,然而直到2004年这两个参数仍然维持在很高级别.     

太湖水情特征

根据太湖湖区及环湖河道主要测站的历年水文气象资料,分析探讨了太湖的径流、水位、增减水现象和河湖流向等水情特征,为合理利用和保护湖泊水资源提供依据。     

洱海富营养化时间演变特征(1988-2013年)及社会经济驱动分析

基于1988-2013年的洱海流域社会经济统计数据与湖内水质历史监测数据,分析了社会经济指标和富营养化指标的逐年变化趋势,并借助Change-point Analyzer对指标进行了拐点分析.结果显示：过去25年洱海水体呈明显富营养化趋势,主要富营养化指标均出现过1次恶化拐点,总磷出现时间最早（1996年）,其次是高锰酸盐指数（1999年）,总氮、叶绿素a、透明度和综合营养状态指数则集中在2002-2003年期间出现拐点,叶绿素a浓度上升10余倍,透明度相应下降了近50%.流域主要社会经济指标出现了2~3次增长拐点,首次拐点集中出现在1994-1999年期间,明显早于富营养化指标恶化拐点出现时间.多元回归分析显示洱海总磷浓度受流域农作物种植业发展影响最大,其他水质指标则主要受流域畜牧业的影响.     

武汉南湖三种摇蚊幼虫生物学特性及其种群变动的研究

通过周年15次野外定量取样结合室内培养,对武汉南湖中的中国长足摇蚊Tanypus chinensis Wang、六附器德永摇蚊Tokunagayusurika sezpapilosus(Yan ＆ Ye)和半褶皱摇蚊Chironomus plumosus f.semireduclus Lenz的种群动态和生物学特性(食性、筑巢、羽化期、世代数、越冬幼虫等)进行了研究,并得出半褶皱摇蚊和六附器德永摇蚊有垂直迁移习性,且这种迁移明显地影响了取样的结果.象六附器德永摇蚊在高温季节下迁、寒冷季节上移的现象罕见,它可作为一种热敏感指示生物。另外,计算出了三种摇蚊幼虫体长和体重的回归方程式。     

太湖不同生态型湖区枝角类组成和丰度长期变化的差异性

枝角类作为淡水湖泊生态系统中的初级消费者之一,对生存环境的改变极为敏感.本文分析了太湖西、中和东部等湖区的钻孔沉积物、表层沉积物以及春夏秋季活体枝角类的组成与丰度.结果表明:活体枝角类组成以象鼻溞(Bosmina spp.)为优势种,秋季枝角类属种数量最多.太湖不同生态型湖区表层沉积物枝角类组成均以象鼻溞为优势种,其中西部与中心湖区的枝角类组成与丰度较为相似,种类单一,枝角类绝对丰度高;东部湖区枝角类属种较为丰富,绝对丰度低,优势种由浮游种象鼻溞以及沿岸种圆形盘肠溞(Chydorus sphaericus sl)和西方笔纹溞(Graptoleberis testudinaria)等种属构成.百年以来,太湖枝角类组成与丰度随着营养水平增加而改变,富营养指示种(Bosmina longirostris)丰度的增加与贫营养指示种(Bosmina longispina)丰度的下降,响应了湖区生态环境的演变过程.1970s末期,太湖西部与中心湖区在进入富营养化阶段,枝角类组成单一,象鼻溞占有绝对优势,与东部湖区相比,沿岸种、底栖种稀少.东部湖区在1960s以后,枝角类属种数量增加,但丰度下降,响应了1960s以来该区域营养水平提高、沉水植被生物量增加以及沼泽化加剧的环境过程.     

太湖北部滨岸区水生植被自然修复观测研究

1997－1999年连续3年对太湖北部围隔实验区水生植被自然修复过程的观测表明,大型富营养化浅水湖泊滨岸水域,通过实施围隔保护等途径,土著水生高等植物如荇菜、菱等能够在次生裸区水域自然修复生长。1998年夏季荇菜、菱种群覆盖面积分别达到围隔保护区总面积的14．3％和12．7％。伴生种群有马来眼子菜、狐尾藻和苦草等。分析了人为刈割、水产养殖对水生高等植物自然修复进程的影响。据此提出治理太湖等大型浅水湖泊富营养化污染的对策。     

枝角类亚化石揭示的湖北太白湖过去百余年环境演变

近百年来长江中下游地区的浅水湖泊经历了气候变化及日益增强的人类扰动,造成了普遍的湖泊富营养化、水动力条件和水生生态系统的状态转变,水体的生态服务功能明显退化.枝角类作为一种重要的水生生物,敏感地响应于湖泊及其流域的环境变化,但目前对亚热带湖泊中的枝角类亚化石的环境指示意义,与其它古生态指标如硅藻、摇蚊等对环境变化的响应差异尚未明确.因此,本文以浅水湖泊太白湖为研究对象,结合流域历史资料和监测数据,基于沉积岩芯中枝角类群落过去百年来的期演化序列,重建了近百年来太白湖的历史环境演变过程及机制.对比硅藻及摇蚊的群落演化特征,探讨了多门类古生态指标对环境变化的响应差异.本文重点讨论了枝角类对湖泊鱼类产量指示意义及利用枝角类亚化石来重建历史环境的应用前景及不足.