近50 a中国东部和西部湖区水量空间变化趋势

基于近代湖泊水量(水位、水深和面积)记录,对近50 a中国东部和西部湖区水量的空间变化趋势进行半定量研究.结果表明:整体上看,20世纪80年代以前,东部湖区水量呈现波动变化而西部湖区水量基本趋于减少;80年代以后东部和西部湖区水量均表现为不同程度的增加.其中,20世纪50年代,东部和西部湖区水量状况基本相似,均保持高湖面特征.20世纪60年代,东部湖区水量有所减少但幅度不明显,而西部湖区以中高水量为主.20世纪70年代,不同区域湖泊基本都保持中湖面特征.20世纪80年代,东部湖区水量呈增加趋势而西部湖区水量相对70年代略有减少.20世纪90年代,东部和西部湖区水量均表现为增加趋势.进一步研究发现,最近50 a来中国不同区域湖泊水量发生变化除了气候因素的驱动外,人类活动的影响也是不可忽视的.     

近三百年来洪泽湖演变过程及其原因分析

洪泽湖是淮河水系中最重要的湖泊之一,是我国的第四大淡水湖,它在防洪、灌溉、航运、跨流域调水以及水资源与水环境保护等方面发挥着重要作用.过去300年来,由于黄淮关系的演变和人类活动的影响,洪泽湖水域面积发生剧烈变化.研究湖泊水域空间变化有助于认识流域环境变化与人类活动影响.本文利用18世纪初以来的古地图、历史文献资料及1981-2016年期间的7期遥感影像数据,采用遥感和地理信息系统技术相结合的方法,分析了近300年来洪泽湖水域时空演变过程及其原因.研究结果表明：过去300年来,洪泽湖面积总体呈减少趋势,年际缩减速率为0.17%,且湖域范围总体表现为由四周向中心缩小的趋势,其中西南湖域的形态变化最为显著.具体而言,清中期以前,黄河多次夺泗入淮,洪泽湖面积变化受黄淮关系、高家堰等水利枢纽的修建以及降水等因素影响.至清末,洪泽湖面积由3078.78 km²下降至2335.73 km²,共减少743.05 km²,其空间形态也发生了剧烈变化,该时期黄河改道、降水以及人口增长导致的湖滨围垦是影响洪泽湖演变的主要原因.建国以来（1949-2016年）,洪泽湖面积进一步缩小,由1757.60 km²下降至1488.43 km²,共减少了269.17 km²,其中1995-2000年间湖泊面积下降最为显著,共减少了281.43 km²,湖泊动态变化度达到2.78%,该时期自然因素对湖泊水域面积的影响减弱,而人口增长、围垦及水利工程的修建等人类活动逐渐成为影响洪泽湖演化的主导因素.     

近50年来洞庭湖区的内湖变化

洞庭湖区除洞庭湖外,在圩垸内尚分布着为数众多的内湖,近50年来,由于人类活动的强烈作用,内湖与洞庭湖一样呈现出急剧萎缩的态势,1km2以上内湖的数量由20世纪50年代的255个减少到目前的122个,湖泊面积也由1534.4km2缩小至644.2km2,其衰亡的速度甚至超过了洞庭湖.分析洞庭湖区内湖急剧萎缩的原因,其主要表现为前期是围湖造田,后期为湖泊鱼塘化.     

2000-2010年东北地区湖泊动态变化及驱动力分析

以2000、2005和2010年的Landsat TM和ETM遥感影像为主要数据源,利用面向对象的分类方法,提取3期东北地区湖泊数据;在GIS技术的支持下,分析了过去10年东北地区湖泊的时空变化特征,并对导致湖泊面积变化的自然和人文驱动因素进行分析.结果表明:2000-2010年间,东北地区湖泊面积由12234.02 km²减少至11307.58 km²,其中,2005-2010年间湖泊萎缩剧烈程度大于2000-2005年;湖泊数量先增加后减少,10年间共减少了4092个;10年间天然湖泊面积大幅减少,人工湖泊面积略增加;研究区内西北方向湖泊萎缩程度小于东南方向,质心向西北偏移;湖泊变化受自然因素和人类活动的共同影响,人类活动叠加在自然因素之上,对湖泊变化产生了放大作用.     

陕西红碱淖近百年来环境变化的湖泊沉积记录

本文通过岩性、粒度、磁化率、有机碳、化学元素的多指标综合分析,对陕西红碱淖近百年以来的环境演化进行了探讨。红碱淖于1927年后开始成湖,以较低的磁化率值、低湖泊生产力和较高的Fe/Mn比值为特征;1952-1960年,为短暂湖泊快速扩张时期,在沉积物中表现为粘粒含量一度下降、各元素浓度明显被稀释;自1960年以来,岩性和指标特征反映了该湖演化为稳定的深湖环境。湖泊的形成和扩张与区域降水量的增加有关,而50年代后期以来湖面的迅速扩大同时得益于人类滩地疏导导致的入湖水量增加。人类活动也引起了近40年来湖泊生产力的提高和沉积物-水界面氧系统的变化。此外,钻孔粒度特征较好地分辨出20世纪30年代末至40年代3次强沙尘暴事件。     

太湖沉积物重金属和营养盐变化特征及污染历史

通过对太湖北部开阔湖区沉积岩芯粒度、营养盐、重金属元素等指标的分析,结合硅藻分析结果,讨论了该湖区近100年来沉积环境变化特征、营养演化规律及重金属元素污染历史.结果表明,20世纪20年代前后,流域人为活动方式的改变及强度加大使沉积物特征开始发生变化,沉积物粒度变粗,重金属元素及TP含量减少.20世纪50年代～20世纪70年代末期,受人为污染影响,沉积物及水体TP含量逐渐增加,湖泊处于中等营养水平.20世纪70年代末期以来,沉积物中TOC,TN含量升高,C/N比值增大,沉积物中人为排放的外源有机成分所占比例增加,沉积物及水体中TP含量明显升高,硅藻组合以富营养型种属为主,湖泊水体发生显著富营养化;同期,随着重金属元素人为污染程度的加重,Cu,Mn,Ni,Pb和Zn等元素总量及有效结合态含量升高,并具有一定程度的潜在生物毒性.     

东北地区过去300年耕地覆盖变化

人类通过耕作活动对自然植被景观的改变是全球环境变化的重要表现形式之一. 东北地区是过去300年中国人类活动对土地覆盖变化发生重大影响的典型地区, 对于从人类-环境耦合系统的角度看土地覆盖变化及其驱动机制具有重要意义. 采用历史数据订正与多源耕地数据关系模型校核相结合的方法, 重建了东北地区过去300年耕地面积时间序列以及耕地覆盖的空间格局变化, 结果表明: (1) 从变化总趋势来看, 过去300年东北耕地几乎呈指数增长, 增长最为迅速的时期为近100年, 垦殖率由约10%增至20%以上; (2) 从空间格局变化来看, 18世纪中后期之前, 东北三省的开垦区域还主要局限于辽宁省, 19世纪末至20世纪初开垦区域大规模向北扩张, 至20世纪初期, 东北的垦殖北界已达到黑龙江中部; 20世纪东北整体垦殖强度仍不断增大, 但区域差异性逐渐减小, 其中, 20世纪初至30年代和20世纪50年代至80年代高垦殖率区域扩张较明显, 并逐渐形成了3个主要农耕区; 在20世纪30~40年代的吉林省与黑龙江省, 表现出新垦殖区域向森林地区的扩张. 总之, 过去300年东北耕地覆盖的时空变化, 反映出人类通过土地开垦、森林砍伐等生产活动已较大幅度地改变了该区域的自然景观面貌.     

城市湖泊时空演变的遥感分析——以武汉市为例

在GIS技术支持下,以多时相Landsat TM/ETM 遥感影像为数据源,利用NDWI指数提取武汉市1991年、1995年、2000年、2002年的湖泊水域面积信息,引入湖泊萎缩强度等测度指标,从时空两方面对主城区湖泊水域变化和26个主要湖泊的发展演化特征进行了系统地分析.结果表明,从1991年到2002年,武汉市主城区湖泊水域面积急剧减少,达38.67km2;主要湖泊水域的面积变化具有时空分异特征,湖泊萎缩变化与湖泊所处地区的城市建设水平、道路交通规划、政策导向等因素密切相关.分析认为,城市湖泊转变为公园后,萎缩现象得到明显遏制,通过立法加强湖泊保护力度并尽早制定城市湖泊的规划管理措施,是保护武汉幸存湖泊的有力手段.     

1976-2015年柴达木盆地湖泊演变及其对气候变化和人类活动的响应

柴达木盆地众多的湖泊不仅对维持当地脆弱的生态环境具有极其重要的作用,而且中心盐湖也是重要的矿产资源.进入21世纪以来,受气候变化和人类活动的共同影响,盆地湖泊发生了一系列重大变化.为科学认识这一问题,选取了1976-2015年6期Landsat系列卫星影像,解译了该区域1 km²以上的湖泊水面,并分析了湖泊变化对气候和人类活动的响应.结果表明：柴达木盆地湖泊面积总体上存在扩张（1976-1990年）萎缩（1990-2000年）扩张（2000-2010年）萎缩（2010-2015年）4个阶段的变化过程,2010年湖泊面积最大,2015年湖泊又明显萎缩.就气候水文因素而言,湖泊面积变化主要受山区降水径流的影响.湖面变化与前3 a的降水径流关系最为密切.进入21世纪以来,气候变化与上游社会经济耗水、盐湖周边人为阻隔河湖连通、开采卤水、修建人工盐田、排放老卤等人类活动,对盆地中心湖泊的空间格局、面积都产生了显著影响,苦水沟、达布逊湖南部形成了新湖泊,鸦湖、团结湖面积显著扩大,东、西台吉乃尔湖逐渐萎缩、干涸,一里平湖由以前的干盐湖在2010年一跃成为盆地最大的湖泊.针对盐湖大规模开发产生的负面影响,提出了合理开发盐湖资源的建议.     

近30 a云贵高原湖泊表面水体面积变化遥感监测与时空分析

以云贵高原湖泊近30 a来的TM、ETM~+和OLI遥感影像为数据源,采用归一化水体指数(NDWI)、改进归一化水体指数(MNDWI)、新型水体指数(NWI)、增强型水体指数(EWI)和自动水体提取指数5种水体指数提取了1985—2015年云贵高原10个湖泊表面水体面积,并对各种算法进行精度对比分析.针对湖泊各自特点采用不同的水体指数提取其表面水体面积,并进行水体面积变化时空分析.结果表明:云贵高原湖泊表面水体面积总体呈现先增加后缩减趋势,1985—1995年湖泊表面水体面积增加了30.86 km~2,1995—2015年湖泊水体表面面积减少了48.12 km~2,其中,面积变化最大的是杞麓湖与异龙湖.对云贵高原湖泊表面水体面积变化与该区域的年降水量、蒸发量、平均气温、流域植被覆盖面积和人类活动时空进行相关分析,结果表明:1)高原湖泊对区域气候变化的响应具有明显的空间差异性,云贵高原湖泊的表面水体面积与气候相关性较显著,气温升高引起蒸发加速,降水量下降,湖面不断缩小,与逐年上升的气温呈负相关,与逐年波动上升的蒸发量呈负相关,与逐年减少的降水量呈正相关;2)云贵高原湖泊各流域的植被覆盖面积与湖泊面积变化相关性较弱;3)人类活动是影响湖泊面积变化的重要因素,大肆围湖造田、围湖养殖以及旅游开发等人类活动直接导致云贵高原湖泊面积的锐减,并对湖泊生态环境产生重要影响.     

古生态记录揭示的长江中下游太白湖生态系统稳态转换过程

长江中下游浅水湖泊在过去百年内受到强烈的人类活动影响,生态系统状态发生显著的变化,服务功能逐渐丧失.为了更科学有效地管理浅水湖泊,当前迫切需要了解湖泊的生态系统转变过程.以长江中下游典型富营养化浅水湖泊太白湖为例,结合历史资料和监测数据,基于铅铯同位素重建年代序列,利用粒度、地化指标和沉积物中硅藻群落的时间序列数据,对太白湖过去百年间生态系统转变进行分析.基于T检验的STARS法检测硅藻群落的结果显示,有2个稳态转换分别发生在1950s末和1990s末.1950s末太白湖硅藻群落代表的生态系统状态发生了显著突变,这主要归因于由于建闸筑坝造成的水文条件和营养条件的改变;1990s期间的湖泊生态系统整体转变则是由长期营养输入和渔业活动加强导致的生态系统弹性损失引起的.讨论了不同阶段太白湖生态系统主要要素间反馈机制在水文条件改变和营养富集影响下的变化,加深了对人类活动干扰下太白湖生态系统结构变化过程的理解,为建立浅水湖泊系统动力学模型提供基础.     

近40年青藏高原湖泊面积变化遥感分析

以MSS、TM和ETM遥感影像作为主要信息源,综合利用RS、GIS技术,提取青藏高原1970s、1990s、2000s及2010s 4个时段的湖泊面积信息,分别从区域位置、面积规模、海拔高度3方面分析其近40年来的变化趋势及变化特征,同时结合1972-2011年间青藏高原气候变化情况,初步探讨了影响青藏高原湖泊面积变化的主要原因.研究结果表明:(1)青藏高原面积大于10 km²的湖泊有417个,这些湖泊大多是面积为10~100 km²的小型湖泊,空间上集中分布在高原西部地区,海拔上集中在4500~5000 m范围内;(2)近40年青藏高原湖泊面积的变化趋势及差异性特征在整体上表现为湖泊呈加速扩张的趋势,其中2000s-2010s时段是湖泊扩张最显著的时期;在区域位置上,北部地区的湖泊变化最为剧烈;在面积规模上,小型湖泊扩张最为显著;在海拔高度上,低海拔地区湖泊扩张剧烈;(3)近40年青藏高原气候暖湿化程度明显,气候变化对湖泊面积变化影响显著;在气象要素中,降水量的变化是青藏高原湖泊面积变化的主要驱动因子.     

近45a内蒙古浑善达克沙地湖泊群的变化

浑善达克沙地处于季风边缘区,其气候特性和人类活动决定了该地区生态系统的脆弱和环境变化的敏感性.目前,该区湖泊生态环境问题十分严重,对研究区的水资源、草原景观以及当地居民生产生活造成了严重影响.选取1969年1∶50000地形图所指示的面积≥0.01 km~2的175个湖泊为研究对象,结合1973-2013年的17期Landsat MSS/TM/ETM/OLI卫星遥感影像数据,对1969-2013年间的湖泊群变化进行了系统的研究和初步探讨.结果表明:1969年湖泊群总面积为502.04 km~2,而2013年其面积为303.42 km~2,总体呈萎缩趋势.其中面积萎缩和干涸的湖泊分别为88和85个,而面积扩张的湖泊仅有2个(人工筑坝所致).近45 a间,1970s-1980s湖泊面积波动性减少,而在1990s初期则出现持续上升状态.在1995-2011年湖泊面积总体下降,到2013年则出现微弱的扩张现象.从湖泊变化空间分布格局来看,萎缩和干涸的湖泊集中在该沙地腹地.     

陕北定边盐湖卤水水位历史演变及其气候指示意义(1265—1949年)

受自然环境和资料限制的原因,中国西北的季风边缘区内的湖泊千-百年时间尺度演变序列重建工作存在不足.历史文献中的湖泊演变信息丰富,有效利用可较好地解决这一问题.本文通过梳理历史文献记录的定边盐湖采盐方式资料,反演历史时期定边盐湖卤水水位,重建公元1265-1949年陕北定边盐湖卤水水位演变序列,该序列较好地指示出公元12...     

近百年来枝角类群落响应洱海营养水平、外来鱼类引入以及水生植被变化的特征

近几十年来,以大型湖泊为代表的云南部分湖泊受人类活动的持续影响出现了生态环境的明显变化.洱海作为云南面积第2大淡水湖泊,经历了多重环境压力(富营养化、外来鱼类引入、水生植被退化等)的影响.在湖泊现代监测数据面临时段较短、缺乏连续记录的背景下,湖泊沉积物的连续记录可以提供湖泊生态环境变化的长期历史并可用于生态响应模式的识别.以目前处于富营养水平的洱海为研究对象,应用湖泊沉积物记录进行多指标分析,探讨多重环境压力影响下洱海枝角类群落的长期变化特征以及影响因素,并与已有研究成果和现代监测数据进行对比,探讨了枝角类群落对环境压力响应的空间差异性.通过分析沉积物枝角类记录,重建了近百年来洱海枝角类群落的变化历史,结果表明过去100年来,枝角类的生物量总体呈增加趋势,尤其从1990年左右开始,象鼻溞生物量显著增加,物种相对组成出现明显变化(如Bosmina longispina被B.longirostris取代).同时象鼻溞的生物量、壳长与触角长度在1990s初期有明显降低的趋势,与同期外来鱼类(如银鱼)引种成功的时间一致.限制性聚类分析结果表明,枝角类群落结构的变化有3个主要阶段:1990s以前,底栖枝角类为群落的主要组成;1990—2000年左右,浮游枝角类(以象鼻溞为主)在枝角类群落结构中的比例迅速增加;从2000年以后,枝角类群落组成以浮游枝角类为主.同时,枝角类数据的主成分(PCA)分析显示,仅有PCA主轴1呈现显著的变化且解释了群落结构变化的61.64%,进一步分析表明水生植被变化可能是驱动枝角类变化的主要环境梯度,如底栖枝角类生物量减少响应了湖泊水生植被的退化.与已有研究对比表明,浅水湖区沉积物记录的枝角类生物量在1970s急剧增加与1980s急剧降低等现象并没有被深水区的沉积物记录所反映,指示了洱海生态系统的变化模式存在空间差异性.同时象鼻溞个体大小的变化模式反映了外来鱼类引入导致的鱼类捕食压力的变化.总之,本文揭示了枝角类群落结构与生物量的长期变化,反映了洱海富营养化过程、水生植被的退化与外来鱼类引入的长期驱动影响,因此对洱海的生态管理与修复工作应考虑多个环境压力的影响并加强对湖泊生态系统的评价.     

Historical trophic evolutions and their ecological responses from shallow lakes in the middle and lower reaches of the Yangtze River: Case studies on Longgan Lake and Taibai Lake

The evolutions of diatom floras and the total phosphorous (TP) concentrations in the historical period were reconstructed for two lakes, Longgan and Taibai in the middle Yangtze River,based on high resolutional fossil diatom study from two sediment cores and an established regional diatom-TP transfer function. The TP concentration in Longgan Lake changed slightly in the range of 36-62 μg/L and kept its middle trophic level in the past 200 years. The changes of diatom assemblages reflect a macrophyte-dominated history of the lake. During the nineteenth century, the lake TP concentration increased comparatively, corresponding to the increase in abundance of benthic diatoms. The progressive increase of epiphytic diatoms since the onset of the twentieth century indicates the development of aquatic plants, coinciding with the twice drops of water TP level. The TP concentration in Taibai Lake kept a stable status about 50 μg/L before 1953 AD, while diatoms dominated by facultative planktonic Aulacoseira granulata shifted quickly to epiphytic diatom species, indicating a rapid expansion of aquatic vegetation. During 1953-1970 AD, the coverage of aquatic plants decreased greatly inferred by the low abundance of epiphytic diatoms as well as declined planktonic types, and the reconstructed TP concentration shows an obvious rising trend firstly, suggesting the beginning of the lake eutrophication. The lake was in the eutrophic condition after 1970, coinciding with the successive increase of planktonic diatoms. The comparison of the two lakes suggests the internal adjustment and purification function of aquatic plants for nutrients in water. The discrepancy of TP trends in the two lakes after 1960 reflects two different patterns of lake environmental response to human disturbance. Sediments in Taibai Lake clearly recorded the process of lake ecological transformation from the macrophyte-dominated stage to the algae-dominated stage. The limits of TP concentration (68-118 μg/L) in the transitional state can be considered as the critical value between the two stable ecosystems. Further work will be necessary to provide more evidence from the sediments in more eutrophic lakes for the primary inference. The reconstructive TP level and the inference of aquatic plants from fossil diatoms in different lakes, as well as their comparison provide a scientific basis for ecological restoration of eutrophic lakes in research regions.