北京密云水库内湖消落带有机质、营养盐(氮/磷)含量分布特征

消落带是河流、湖泊和水库特有的一种现象,也是水陆生态系统间物质能量转换最活跃、最重要的区域,消落带的淹水-落干的频率和时间对消落带有机质和营养盐的形态转化与水界面的交换过程有重要影响.在密云水库的平水期(3月),对内湖消落带有机质、氮、磷含量分布进行调查,研究不同高程、土地利用和土壤深度的情况下,有机质和各营养盐含量的分布情况及相关关系,计算有机质和各营养盐在各高程下的储量,为消落带氮磷入库风险负荷量的评估,维护密云水库的水质安全提供依据.结果表明,密云水库内湖消落带有机质、总磷、总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮和无机磷含量分别为23.15±13.65 mg/g、0.17±0.09 mg/g、1.44±0.81 mg/g、10.86±3.54μg/g、8.07±2.73μg/g、0.41±0.71μg/g、9.09±4.18μg/g;土地利用情况对总氮、氨氮和硝态氮含量影响较大,而对有机质和总磷含量分布没有显著影响;在垂直分布上,有机质、总磷和总氮含量有随土壤深度增加而降低的趋势;利用相关分析得出有机质和土壤水分是影响氮、磷转化的重要因素;133~146 m高程范围内有机质、总磷和总氮的储量分别为5324.07、59.56和414.02 t.密云水库内湖消落带是有机质和营养盐的重要贮存库.     

长江中下游浅水湖泊5种常见底栖动物碳、氮、磷化学计量特征

研究长江中下游地区浅水湖泊5种常见大型底栖动物(铜锈环棱螺、河蚬、苏氏尾鳃蚓、摇蚊属幼虫及中国长足摇蚊)碳、氮、磷化学计量特征,样品采集于多个不同营养水平湖泊.底栖动物碳、氮、磷元素含量的变化范围分别为31.6%~60.7%、5.2%~12.1%及0.41%~2.28%,碳氮比、碳磷比和氮磷比的变化范围分别为4.4~8.9、55~314及9.9~40.1,其中磷元素含量变化最大并是导致N∶P变化的主要原因.不同种类底栖动物元素组成具有显著差异,碳、氮、磷最高平均值分别出现在河蚬(48.4%)、苏氏尾鳃蚓(10.4%)及河蚬(1.09%).铜锈环棱螺(除氮磷比)和河蚬元素组成在不同营养水平湖泊间具有显著差异,重富营养湖泊太湖氮和磷含量最高.相关分析发现铜锈环棱螺及河蚬磷含量和氮磷比与营养状态指数显著相关,表明铜锈环棱螺和河蚬的碳、氮、磷化学计量特征并非保持严格的动态平衡.     

长江中下游湖泊群落水平下沉水植物碳、氮、磷化学计量特征及其影响因素

以长江中下游14个湖泊沉水植物为研究对象,分析群落水平下沉水植物碳(C)、氮(N)、磷(P)的化学计量特征及其影响因素.结果显示,沉水植物群落C含量平均为386.93±25.80 mg/g,范围为315.98~441.97 mg/g,N和P含量的平均值分别为26.10±4.84和2.64±0.99 mg/g,范围分别为13.75~40.89和1.01~5.92 mg/g.与物种水平研究相比,群落水平下沉水植物C、N、P化学计量特征变异系数较小,内稳定性更强.群落C含量与P含量具有显著相关性,而与N含量不相关,这说明C元素与N和P之间的耦合关系并不一致;N∶P比与P含量之间具有极显著的负相关关系,但与N含量不相关,说明沉水植物群落P含量的变异对N∶P比起主导作用.冗余分析表明,环境因子解释了沉水植物群落化学计量特征总变异的30.2%,在P0.01水平下对沉水植物群落化学计量特征具有显著影响的环境因子为底泥总磷、底泥N∶P比、水深和消光系数.变差分解结果表明,底泥和上覆水分别独自解释了化学计量特征总变异的5.21%和10.19%,其交互作用解释了总变异的5.25%.通过该研究结果推测,在恢复湖泊水生植被的实践过程中,相对于底泥,对上覆水光照条件进行控制可能更加迫切.     

贵州草海湿地不同水位梯度土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量比分布特征

对贵州草海湿地4种水位梯度下(农田区、过渡区、浅水区和深水区)表层土壤(0～10-cm)碳、氮、磷含量及其生态化学计量比进行研究,以期揭示草海湿地不同水位梯度下土壤碳、氮、磷生态化学计量比的分布特征及其影响因素.结果表明:土壤总有机碳(TOC)、总氮(TN)及总磷(TP)含量在不同水位梯度之间均差异显著,由过渡区至深水区,土壤TOC及TN含量均呈递增趋势,而TP含量呈先降低后增加的趋势;农田区土壤TN含量显著高于浅水区,但深水区土壤TP含量显著低于农田区.不同水位梯度土壤碳氮比(C/N)、碳磷比(C/P)和氮磷比(N/P)也存在显著差异,由过渡区至深水区,土壤C/P和N/P均呈递增趋势,而C/N呈先增加后降低的趋势;与过渡区相比,农田区土壤C/N、C/P和N/P总体偏低.相关性分析表明:土壤C/N、C/P和N/P的空间分布与土壤TOC、TN、含水量等理化性质有关.可见,草海湿地水位变化对土壤TOC、TN和TP含量以及C/N、C/P及N/P的空间分布具有显著影响,且水位升高有利于增强土壤碳、氮、磷的固存潜力.     

贵州草海湿地不同生境周丛生物碳、氮、磷生态化学计量学

为深入了解湿地周丛生物碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量的变化规律及其影响因素,对贵州草海湿地4种不同生境(湖滨带、人工湿地、农田沟渠、污水处理厂)中周丛生物两个生长阶段(生长期和衰老期)的C、N、P生态化学计量学进行了研究.结果表明:水体营养指数依次为污水处理厂(51.55±4.50)＞农田沟渠(50.41±4...     

洱海苦草(Vallisneria natans)水深分布和叶片C、N、P化学计量学对不同水深的响应

湖泊水深是影响沉水植物生长、繁殖与分布的重要环境因子,水深增加改变了水下光照、风浪和底泥特性等,因而可能导致沉水植物的生理生化指标发生相应变化.本研究通过对云南洱海沉水植物苦草(Vallisneria natans)随水深分布的情况进行调查,并分析了定植于不同水深的苦草叶片碳(C)、氮(N)和磷(P)含量及其比率,以阐明水深变化对苦草叶片生态化学计量学的影响.结果表明洱海苦草定植的水深范围为0.5~5.6 m,在1.5~2.4 m处达到最大频度,在2.5~3.4 m处达到最大相对生物量,这表明苦草在洱海中的最适生长深度在1.5~3.4 m范围内;苦草叶片C、N和P含量平均值分别为356.10、26.13和3.54 mg/g,C:N、C:P和N:P的平均值分别为14.38、113.46和7.85;苦草叶片C含量、C:N和C:P均随水深增加而降低,N和P含量则随水深增加而升高,N:P在0.5~1.4 m较高,其余水深梯度之间则没有显著差异.总体上,苦草叶片C、N、P含量及其化学计量特征显著地受到了湖泊水深的影响.另外,本研究还发现水深的增加使得苦草叶片N、P含量发生聚敛,这导致其N、P之间的耦合性变弱.     

The vertical heterogeneity of soil detachment by overland flow on the water-level fluctuation zone slope in the Three Gorges Reservoir,China

Periodic submersion and exposure due to the operation of the Three Gorges Reservoir (TGR) alter the soil properties and plant characteristics at different elevations within the water level fluctuation zone (WLFZ), possibly influencing the soil detachment capacity (D_c), but the vertical heterogeneity of this effect is uncertain. Soil samples were taken from 6 elevation segments (5 m per segment) along a slope profile in the WLFZ of the TGR to clarify the vertical heterogeneity of D_c. Scouring experiments were conducted at 5 slope gradients (17.6%, 26.8%, 36.4%, 46.6%, and 57.7%) and 5 flow rates (10, 15, 20, 25, and 30 L min⁻¹) to determine D_c. The results indicate that the soil properties and biomass parameters of the WLFZ exhibit strongly vertical heterogeneity. D_c fluctuates with increasing elevation, with maximum and minimum average values at elevations of 145–150 m and 165–170 m, respectively. Linear equations accurately describe the relationships between D_c and hydrodynamic parameters, for which the shear stress (τ), stream power (ω), and unit energy of water-carrying section (E) perform much better than the unit stream power (U). Furthermore, a clear improvement is achieved when using a general index of flow intensity to estimate D_c. Furthermore, D_c is significantly and negatively correlated with the mean weight diameter (MWD, p < 0.05) and organic matter content (p < 0.01) but not significantly correlated with other soil properties (p > 0.05). The rill erodibility at elevations of 145–150 m and 170–175 m is greater than that at other elevations. The critical hydraulic parameters were highest in the 165–170 m segments. Both the rill erodibility and the critical parameters fluctuate vertically along the sloping surface. This research highlights the vertical heterogeneity of D_c and is helpful for better understanding the mechanisms responsible for soil detachment in the WLFZ of the TGR.     

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻(Peridiniopsis)水华对环境中磷的响应机制

于2015年春季拟多甲藻水华暴发期在香溪河支流高岚河、南阳河与干流设置9个采样点,探讨浮游植物种群与水体总磷浓度等环境因子的相关性;同时,分离纯化拟多甲藻后,设置5个不同磷浓度(0、0.005、0.020、0.100、0.600 mg/L)对其进行实验室培养,分别测定其比生长速率;在对数生长期,检测不同磷浓度培养下的藻细胞的快速光曲线及其参数;检测不同磷浓度培养下的藻细胞对外源无机碳的吸收效率及其参数.结果表明,水体中总磷浓度越高的河段,拟多甲藻细胞密度越高;培养基中磷浓度越高,拟多甲藻的比生长速率越大,光合效率越高,其对外源无机碳的吸收能力越强.这些结果表明高磷的水环境可能是促使拟多甲藻形成水华的关键因素之一.     

三峡库区消落带不同水位高程植被和土壤特征差异

植被和土壤是消落带生态系统的重要组成部分.本研究选择三峡库区腹地忠县境内的3个地质地貌和土地利用历史相似的近自然消落带,对不同水位高程(160 m和170 m)植被群落和土壤特征进行研究,结果表明:一年生草本在消落带植物物种数中比例高达72.4%,而多年生草本仅为27.6%;不同水位高程植被物种组成完全相同,且盖度、生物量、生物多样性指数均没有显著差异;随着水位高程变化,群落优势物种存在一定差异,即160 m高程优势种为多年生狗牙根(Cynodon dactylon),而170 m高程为一年生白酒草(Conyza japonica);土壤容重、含水量、pH、有机质、总氮、总磷在160 m和170 m水位高程间均没有显著差异.因此,160 m和170 m水位高程在淹水时间和深度上的差异造成群落优势种的不同,而对当前植被和土壤特征并没有显著影响.     

环境因子对三峡库区铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)群体形成影响及其形态特征

为揭示微囊藻群体形成机理,为有效防治水华暴发提供依据,以三峡库区铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为研究对象,研究N、P浓度,Ca~(2+)浓度,光强,温度对铜绿微囊藻生长、胞外多糖(EPS)合成和群体微囊藻形成的影响,并对比分析了单细胞和群体微囊藻的形态特征.研究发现当N≤100 mg/L、P≤5 mg/L时,铜绿微囊藻生物量和EPS合成量随着N、P浓度增加而增加;适宜浓度的Ca~(2+)(65 mg/L)有利于藻生长,EPS产量随着Ca~(2+)浓度增加而降低,过高浓度的Ca~(2+)在刺激微囊藻细胞分泌EPS的同时可能会促进其溶解,Ca~(2+)和EPS均对微囊藻群体形成起桥架粘结作用;光照和温度对EPS合成有一定促进作用,且其促进效果均高于N、P和Ca~(2+)作用,20℃是同时满足微囊藻生长及EPS合成的最有利条件.群体细胞比单细胞周围的胶质鞘更加明显和清晰,多糖胶鞘表面有许多Ca~(2+)晶体,从微观角度可以确定Ca~(2+)在EPS合成及群体形成中起着重要作用.     

三峡库区消落带土壤有机质和全氮含量分布特征

在三峡库区消落带落干期间(2010年4月),对库区巫山-重庆主城区段消落带土壤有机质(OM)和全氮(TN)含量分布及与土壤理化性质的相关性进行了调查研究.结果表明该区域消落带土壤OM和TN含量均较低,分别为10.70±4.03和0.84±0.39 mg/g,且服从正态分布.消落带土壤碳氮比(C/N)较低,推测消落带土壤无机氮在淹水期间存在向上覆水体释放的可能性.在与其它关于土壤OM和TN含量研究的比较中,研究区域内土壤OM和TN含量处于偏低的水平;而在与对照带样品的比较分析中发现,消落带样品的OM和TN含量变异系数均偏低,因此消落带干湿交替可减小不同区域消落带之间土壤OM和TN含量差异.相关性分析表明,消落带土壤pH、ORP、TN与OM之间呈显著正相关,可见研究范围内消落带土壤氮形态可能主要以有机氮的形式存在于有机质中,而C/N与TN呈负相关,与OM相关性不显著,表明C/N的大小主要取决于TN含量.     

三峡库区浮游植物群落结构特征及水生态评价

2020年是长江禁渔开局之年,三峡库区作为长江的重要生态屏障,其水生态环境健康对长江大保护的实施具有重要意义。本文于2020年8月、11月及2021年1月、4月在三峡库区干支流共设置19个断面探究浮游植物群落结构特征,并利用生物量、多样性指数、综合营养状态指数和浮游植物Q指数等多种评价方法评价三峡库区水生态健康并分析其影响因素。结果表明:(1)三峡库区共鉴定出浮游植物8门105属266种,年平均丰度为6.4×10⁴ cells/L,年平均生物量为0.038 mg/L。不同季节优势种组成不同,变异直链藻(Melosira varians Agardh)、骨条藻(Sheletonema spp.)、脆杆藻(Fragilaria spp.)为全年优势种。(2)三峡库区共划分24个功能群,B、D、MP、S1、P、Y为优势功能群。RDA分析表明,电导率、总氮、化学需氧量、总磷、pH、总溶解性固体与三峡库区四季功能群呈现显著关系。(3)相较于丰度、生物量和多样性水质评价结果,浮游植物Q指数更适用于三峡库区水生态评价,显示三峡库区干流水生态环境总体较好,但春、夏两季支流浮游植物...     

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻(Peridiniopsis)的昼夜垂直迁移行为对碳磷分布的响应

于2015年2月26-27日在香溪河库湾高岚河段拟多甲藻(Peridiniopsis)水华发生地昼夜监测其在水体中的垂直迁移,分别在6个时间段(8:00、12:00、16:00、20:00、0:00、4:00)分层取样分析拟多甲藻在水中的叶绿素a浓度、细胞密度、碳酸酐酶(CA)与碱性磷酸酶(AP)活性;分析总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性反应磷(SRP)与溶解性有机磷(DOP)浓度在水中的垂直分布.结果显示,水华发生期拟多甲藻为绝对优势种,监测的6个时段中,拟多甲藻呈显著的昼夜垂直迁移规律,正午12:00,表层细胞密度最大,可达5.2×10~6cells/L,凌晨0:00表层细胞密度最低,仅为0.4×10~6cells/L;TP与DTP浓度无垂直分布规律,但SRP与DOP浓度呈现显著的垂直分布规律,SRP浓度随水深增加而减小,DOP浓度随水深增加而增加;CA活性日间高于夜间,日间CA活性呈垂直分布规律,随水深增加而减小,但夜间无垂直分布规律;AP活性在水中昼夜呈极其显著的垂直分布规律,随着水深增加逐渐增加.相关性分析结果表明,拟多甲藻细胞密度与水深、DOP浓度呈极显著负相关,水深与CA和AP活性分别呈极其显著负相关与正相关,拟多甲藻细胞密度与CA和AP浓度分别呈极其显著正相关与负相关.因此,拟多甲藻的垂直迁移行为可能是对日间迁移至表层获取光能和无机碳来源、夜间迁移至水下获取磷源的一种适应.     

三峡库区丰都-忠县段消落带不同高程土壤镉及其形态的分布特征

镉(Cd)是目前三峡库区消落带主要的污染物之一,其迁移和形态转化直接威胁水环境安全.选择库区丰都-忠县段消落带,按照高程差异分别于不同土地利用类型(农田、林地、果园和村庄)下采集土壤样品,利用化学连续提取法测定Cd的形态组成,探讨影响消落带土壤中Cd及其形态空间分布的关键因素.结果表明,消落带土壤中Cd的平均含量为0.65 mg/kg,可交换态及碳酸盐结合态是土壤中Cd的主要形态,占比达到41.21%,残渣态和铁锰氧化物结合态次之,有机物及硫化物结合态占比最低.不同土地利用类型下消落带土壤Cd的含量整体上不存在显著性差异,表明当地人类活动对土壤Cd的直接贡献较弱.消落带土壤Cd及其形态的含量与高程呈显著负相关,且在160～165 m区域发生明显转变,水位变化导致的泥沙沉积可能是控制消落带Cd空间分布的主要因素.此外,土壤理化性质,尤其是细颗粒泥沙对Cd及其形态分布具有明显影响,将来需重点关注泥沙理化属性对Cd迁移及形态转化的影响.     

三峡消落带土壤-植物-微生物作用下的氮循环关键过程研究进展

流域氮污染问题是世界面临的共同难题,大型水利水电工程极大地改变了流域氮循环过程。三峡水库作为我国重要的优质淡水资源库,却面临着支流水华频繁暴发的水安全问题。如何有效削减氮污染并维持水库消落带生态系统的稳定性,是三峡水库生态安全运行中亟待解决的实际问题。水库消落带作为邻近水体的“生物地球化学循环热区”,在营养元素循环、面源污染截留、温室气体排放等过程中扮演着重要角色。随着生物信息学、分子生物学等新型研究手段在环境研究中广泛应用,氮循环过程与机理得到了更微观的诠释,氮循环功能微生物的多样性和生态位分化等方面的研究也取得了突出成果。本文基于对三峡水库消落带土壤-植物-微生物作用下的氮循环关键过程所开展的最新研究,结合消落带水陆交错的特殊环境条件,综述水库消落带中氮循环的关键过程和机理,分析水库消落带对流域水环境和温室气体排放的潜在影响,并对未来消落带亟待解决的问题做了进一步展望,以期为大型水库消落带生态系统的综合管理提供科学支撑。     

2008-2020年三峡库区小江叶绿素a的时空演变特征及驱动因子

2008年至2020年期间,对三峡水库小江5个监测断面的叶绿素a(Chl.a)及主要环境因子进行季度监测,分析小江Chl.a的时空变化特征,探讨水体Chl.a与环境因子的相关关系,解析影响小江Chl.a变化的主要环境因子。结果表明,小江Chl.a年平均浓度为(20.69±9.41)μg/L,变幅为5.96～33.90μg/L。Chl.a浓度季节差异较大,总体呈现出春、夏、秋3个季节明显高于冬季的变化特征,且春季Chl.a浓度最高,为34.48μg/L;空间分布上,Chl.a浓度呈现倒“N”型分布规律,黄石断面最高(29.55μg/L),养鹿断面最低(15.23μg/L)。Pearson相关性分析结果显示,小江Chl.a浓度与COD_Mn、电导率、pH、溶解氧呈显著正相关关系,与NO₃^--N、PO₄^3--P、透明度呈显著负相关关系。通过逐步回归分析,筛选得到对小江Chl.a影响最重要的5个环境因子。通径分析表明,各环境因子对水体Chl.a浓度的作用大小在时空上存在一定差异。不同季节...