Effects of climate change and human activities on runoff and sediment inputs of the largest freshwater lake in China,Poyang Lake

The nonparametric Mann-Kendall test and the Pettitt test were employed to examine the change trends and shifts of runoff and sediment input to Poyang Lake between 1961 and 2013. Water balance and linear regression models were used to evaluate the impacts of climate variability and human activities on the runoff and sediment discharge changes. The results showed that runoff inputs to the lake had insignificant temporal trends and change points, while sediment inputs had significant decreasing trends, with an abrupt change in 1989. Quantitative assessment demonstrated that human activities led to a small decrease (5.5%) in runoff inputs to the lake, and a dramatic (121.4%) decrease in sediment inputs to the lake between the reference period (before the change point) and the human-influenced period (after the change point). This work provides a useful reference for future policy makers in water resource utilization and environmental safety of the Poyang Lake basin.     

Historical variations in autochthonous and allochthonous sediment supplies to the largest freshwater lake in Central India

Lacustrine sediment preserves high-resolution biogeochemical records of past variations in watershed processes controlling lake sedimentation. The current study explores historical variations in autochthonous and allochthonous sediment supplies to a large tropical freshwater lake system (Upper Lake, Bhopal) protected under the international Ramsar Convention of 2002 against anthropogenic pressures. For this purpose, multi-proxy biogeochemical data are presented for organic matter (total organic carbon, total nitrogen, phosphorous, and loss on ignition [LOI] at 550 °C), carbonate (LOI at 950 °C), lithic sediment (aluminum, titanium, iron, calcium, magnesium, sodium, potassium, manganese, zirconium, niobium, hafnium, tantalum, thorium, uranium, and rare earth elements), and anthropogenic inputs (lead) measured in a 38 cm long sediment core retrieved from the lake. In addition to the lacustrine sediment core, the samples of catchment bedrock, surface soils, major stream sediment, and eolian dust collected from the lake periphery also are analyzed. The systematic biogeochemical excursions in the upper core section (top ～8 cm) indicate increased anthropogenic inputs, watershed denudation by agricultural activities, artificially reduced fluvial sediment supply, relatively increased dust inputs and lake eutrophication in the last few decades. The current study underscores the roles of anthropogenic land-use and wetland conservation practices in the rapid alteration of autochthonous and allochthonous sediment supplies to open aquatic ecosystems. Further, rising lake eutrophication levels despite a managed reduction in allochthonous sediment supplies seem challenging to control due to dissolved nutrient supply from urban sewage discharge and runoff from agricultural land in the watershed.     

鄱阳湖水龄季节性变化特征

基于环境水动力学模型EFDC源程序,建立了染色剂模型和水龄模型,在将模型与航测水文数据验证吻合的基础上,分别计算了鄱阳湖自然条件下春、夏、秋、冬季的水龄和倒灌前后鄱阳湖染色剂和水龄分布的变化,以及五河水系各分支河流水龄.分季节的水龄计算表明鄱阳湖水体交换受季节性来水影响明显.夏、秋季的水龄相对较小,在多数年份又受到长江水倒灌的影响导致水龄有所增大;冬、春季水龄较大,亦无长江水倒灌现象,相较于夏、秋季,水域面积明显减少.分支流的水龄计算表明,西南湖区的水体交换主要受到赣江的影响,西北湖区水体交换主要受到修水和赣江的影响,南部湖区主要受到抚河与信江的影响,东部湖区主要受到饶河的影响,湖心区和入江水道则受到五河水系的综合影响.同时水龄的研究表明拟建的鄱阳湖水利枢纽工程"调枯不调洪"的原则是合理的,为鄱阳湖水利枢纽工程论证提供了重要的参考依据.     

鄱阳湖枯水期延长背景下越冬水鸟群落结构、丰富度及其空间分布格局

鄱阳湖是我国最大的淡水湖,也是具有国际意义的候鸟越冬地.本研究于2015和2016年越冬期对鄱阳湖越冬水鸟的群落结构、丰富度和空间分布进行了系统的调查,分别记录到水鸟494033和388017只,隶属于6目13科68种.雁形目和鸻形目鸟类种类最多,其次是鹳形目和鹤形目;从生态型来看,游禽32种,涉禽36种.雁鸭类相对丰富度最高,是鄱阳湖越冬水鸟的优势类群,其次是鸻形目鸟类,而2015和2016年鹤形目鸟类数量仅占当年总数量的2.6%和1.4%.在鄱阳湖湿地的不同区域,越冬水鸟种类组成差异较大.从空间分布来看,越冬水鸟主要集中在鄱阳湖自然保护区、九江湿地和南昌湿地.开展鄱阳湖越冬水鸟的种群数量调查,摸清越冬水鸟群落结构和种群丰富度现状,对于有针对性地开展越冬水鸟保护具有重要意义.     

近百年鄱阳湖湿地格局演变研究

鄱阳湖是我国最大淡水湖和长江中游仅存的两个通江湖泊之一,重建其近百年自然通江的湖泊湿地演变过程,对于鄱阳湖湿地生态修复与保护具有重要意义.本研究基于两期历史时期地形图和遥感产品,构建了 1930s、1970s、1990s、2000s和2010s鄱阳湖湿地格局变化数据集,探究了土地利用方式改变和水文连通变化对鄱阳湖湿地变...     

鄱阳湖水文过程对湿地生物的节制作用

从实测水文数据出发,研究2009-2013年近5年各年水位过程变化,归纳年内、年际水位变化的特征和类型,在此基础上分析各年水温、水体透明度及水深梯度的变化过程.结合"鄱阳湖科学考察项目"对生物资源及其动态变化的考察成果,重点探索2009、2010、2011年3个典型年鄱阳湖湿地生物繁殖、生长、成熟或死亡过程与各水文要素变化过程耦合时的联动关系.结果表明,4-6月涨水过程,沉水植物经历淹水深度1.5~2.0 m、水体透明度低于20~30 cm后,大部分死亡;3-6月和6-9月水位过程偏低,导致定居性鱼类产卵场和索饵场范围缩小;10-12月水位偏高或偏低影响冬候鸟入迁或栖息等.研究初步揭示鄱阳湖水文节律对鄱阳湖湿地生物生长、生存的节制作用,从一定意义上反映了鄱阳湖生态水文过程.     

鄱阳湖水位变化对候鸟栖息地的影响

鄱阳湖越冬候鸟保护最重要的环节是保护栖息地,候鸟栖息地的面积和空间分布随水位过程而变化.在分析认定鄱阳湖湿地景观分类中水陆过渡带及其上下摆动区(稀疏草滩区和浅水区)为越冬候鸟主要栖息地的基础上,选择不同水位的遥感影像资料,经解译定量分析不同水位水陆过渡带面积及其空间分布,从而分析不同水位条件对候鸟柄息地的影响.进而分析...     

鄱阳湖水利枢纽工程施工和运行对湖区及尾闾洪水动力的影响

鄱阳湖是长江水系中的两大通江湖泊之一,在调节长江水位、涵养水源、改善当地气候和维护周围地区生态平衡等方面都起着巨大的作用。鄱阳湖水利枢纽的修建可能导致湖泊水文情势和水动力的变化。本文基于MIKE 21构建鄱阳湖二维水动力模型,选取1954年和1998年特大洪水年以及1991年长江倒灌年作为运行期的典型年,选取1995年作为施工期典型年,按照规划中的鄱阳湖水利枢纽工程施工及运行调度方案,计算水利枢纽修建前后鄱阳湖水位和流量的变化,定量分析枢纽工程对长江干流、鄱阳湖湖区及尾闾附近洪水动力的影响。结果表明:不同典型年鄱阳湖水利枢纽对长江干流、湖区及尾闾的洪水动力影响相似,其中洪水期、倒灌期及施工期一期对长江防洪、湖区及尾闾附近的影响较小,施工期二期湖区水位壅高幅度最高达0.237 m,对鄱阳湖湖区及尾闾附近防洪有一定影响;枢纽工程对星子、都昌、康山等湖区水文站水位影响幅度较为接近,且越靠近尾闾,影响越小。整体而言,鄱阳湖水利枢纽的修建会导致洪水年鄱阳湖湖区水位壅高,倒灌期湖区水位降低,湖区流速降低,但变化幅度均较小,故枢纽工程施工期和运行期对汛期行洪影响不大。     

鄱阳湖典型洲滩湿地水分补排关系

湿地水分在地下水含水层-土壤-植物-大气界面的运移和转换是维持能量和营养物平衡的重要环节,水分运移是湿地生态水文过程研究的关键.数值模型模拟已成为水分运移研究的重要手段,然而限于复杂的湿地自然条件及有限的监测手段,部分界面水分通量连续动态变化数据的获取及定量化工作较为困难,目前应用数值模拟法于湿地水分运移研究的案例仍不多见.本文以鄱阳湖典型湿地为研究区,构建垂向一维数值模型,阐释了湖泊水位显著季节性变化条件下,湿地水分在不同界面的传输过程,量化了湿地水分的补排关系.结果表明:(1)界面水分通量季节性差异大,降雨入渗地面和根系层水分渗漏均对降雨变化响应敏感,主要集中在4—6月,分别占年总量(1450和1053 mm)的65%和73%.土面蒸发和植物蒸腾年总量为176和926 mm,土面蒸发主要受气候条件影响,植物蒸腾还与植物生长特征有关,均集中在7—8月,分别占年总量的30%和47%.深层土壤向浅层根系层的水分补给集中发生在地下水浅埋时段6—8月,占年总量(609 mm)的76%;(2)湿地植物根系层水分补排受鄱阳湖水位季节性波动影响显著.除丰水期(7—9月)主要补给为深层土壤水外,退、枯、涨水期的主要补给均为降水入渗.涨水期(4—6月)和枯水期(12—3月)的主要排泄为根系层水分渗漏,丰水期以植物蒸腾排泄为主,退水期(10—11月),土面蒸发与植物蒸腾为主要排泄,且比重相当.本文定量了鄱阳湖典型湿地不同界面水分连续交换关系,区分了土面蒸发和植物蒸腾,辨析了各界面水分的主要影响因子,研究结果有助于深入理解水分在湿地生态系统地下水含水层-土壤-植物-大气界面的相互作用机制,认识湖泊洲滩湿地水量平衡,为揭示湖泊水情变化对湿地生态的可能影响提供依据,为湿地生态水文过程研究提供重要方法和理论参考.     

鄱阳湖湖口水域鱼类群落结构及种类多样性

2006年10月-2009年3月对鄱阳湖湖门水域拖网、定置网和虾笼渔获鱼类进行逐月采样分析.结果表明,该水域至少有鱼类50种,隶属于6目12科42属.鱼类组成以湖泊定居性鱼类为主,没有发现过河口洄游性鱼类.渔获物组成以光泽黄颡鱼、短颌鲚和餐等小型鱼类为主.定置网渔获物平均数量和平均产量均是夏季>秋季>春季>冬季.种类丰...     

后三峡工程时代的鄱阳湖湿地淹没动态演变

周期性的淹没或出露是洪泛型湖泊湿地的重要物理特征,湖泊湿地的淹没动态对其生态过程有显著影响。三峡工程运行以来,鄱阳湖湿地淹没动态发生了显著变化并引发了剧烈生态效应,而目前研究尚未对后三峡工程时代的鄱阳湖淹没动态演变进行系统量化,也制约了对其驱动下湖泊湿地生态系统演变原因与机制的了解。鉴于此,本研究结合水文站实测数据与遥感观测资料,以淹没开始时间、淹没结束时间以及淹没历时3个变量共同表征湖泊湿地淹没动态,从站点及全湖尺度分别对三峡工程运行后鄱阳湖湿地淹没动态的变化趋势、量级及显著性进行定量分析。结果表明:(1)2000—2020年间,鄱阳湖湿地淹没开始时间在64%的湖区被推迟,推迟速率约为1.10天/年;仅在入江水道及碟形湖小幅提前,且提前趋势并不显著;(2)鄱阳湖湿地淹没结束时间在72%的湖区显著提前,提前速率约为1.46天/年;仅在有闸控工程的碟形湖因延迟泄水而有所延迟;(3)受淹没开始时间推迟而结束时间提前的影响,鄱阳湖湿地淹没历时在70%的湖区显著缩短,缩短速率约为2.19天/年,而在有闸控工程的碟形湖则有所延长。本文从站点与全湖尺度分别给出了基于实测而非模型模拟的鄱阳湖淹没动态...     

鄱阳湖地区大气边界层特征的数值模拟

采用WRFV2.2中尺度数值模式对鄱阳湖地区200 km×200 km范围内,2009年11月5日00∶00至2009年11月6日12∶00不同高度的气象要素进行了数值模拟,得到了水平分辨率为1 km的鄱阳湖地区大气边界层风、温、湿度场和廓线分布的大气边界层物理特征.模拟结果发现:白天鄱阳湖面上空存在着冷岛效应并伴随湖风,而夜间湖面上空存在着热岛效应并伴随陆风,湖面与陆地之间最大温差可达6 ℃;同时地形以及下垫面类型对鄱阳湖区风场的分布具有很大影响,夜间存在一条东北西南走向的低空辐合带,白天逐渐消失;此外受风场和地形作用湖面上空的湿度分布也不均匀,白天湿度层厚度低而夜晚湿度层厚度高,湖中心右侧湿度值大于左侧湿度值.模拟结果能较好地反映鄱阳湖的大气边界层物理特征,有助于了解鄱阳湖地区区域气候的特点,以及由于地形、地理环境、地表特征所形成的不同高度上的风、温、湿的分布规律和大气边界层物理特征,为鄱阳湖地区局地天气预报、风能资源开发、环境保护等提供了科学依据.     

鄱阳湖湿地植物灰化薹草(Carex cinerascens)对不同地下水位的生理生态响应

地下水位在非淹水期对湿地植物的生长影响较大,但目前相关研究十分缺乏.本文选择鄱阳湖典型植被灰化薹草(Carex cinerascens)为研究对象,研究不同地下水位(地下水位埋深10、20、40、80和120 cm)对灰化薹草形态指标、地上生物量和生理指标的影响.结果表明,随着地下水位埋深的增加,灰化薹草的株高、叶长和生物量均显著降低,地下水位10 cm处理组的灰化薹草生物量为0.371±0.017 g,为地下水位120 cm处理组(0.084±0.004 g)的4.4倍;处理组间灰化薹草叶片中超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、游离脯氨酸含量和叶绿素含量均存在显著差异,其中游离脯氨酸含量由地下水位10 cm处理组的6.29±0.70μg/g增加到地下水位120 cm处理组的8.54±1.37μg/g,表明随着地下水位埋深的增加,灰化薹草面临一定程度的干旱胁迫.灰化薹草的生理生态响应综合表明,地下水位埋深20 cm以内适宜灰化薹草的生长,地下水位埋深80 cm以上的干旱胁迫会阻碍灰化薹草的生长.     

鄱阳湖典型湿地沉积物粒度分布及其动力解释

通过对沉积物粒度分析,揭示出翻阳湖典型湿地现代沉积物主要由含泥细粉砂至泥质极细粉砂组成,反映出三角洲前缘低能沉积环境,控制湿地粒度分布的动力,主要为重力型湖流,但波浪和风的作用也参与了沉积物的搬运与沉积,汛期,重力型湖流不仅控制了粒度分布的区域特征,而且决定了由草滩顶部－草滩下部－过滤带－泥滩沉积断面上粒度特征递变规律,枯水期,波浪作用的改造,使得沉积断面上的过滤带沉积物粗化,并使各粒度参数相应变化,特别是面积较大洼地的迎风岸,在过滤带地面坡度转折处,出现了粒度突变或跃变,风蚀“沙山”物质的搬运,使得“沙山”附近的湿地含砂量猛增,粒径变粗,这些动力作用,还控制着湿地的演化,即湿地范围增大,草滩扩张,过滤带以及泥滩下移,枯水期洼地水面缩小趋于消亡,严重影响湿地的生态环境,但可通过造造人工坝加以控制。     

洞庭湖区不同退田还湖模式下湿地植被恢复特征的比较

以2006年野外调查资料为依据,对洞庭湖区3种"双退"恢复模式(自然恢复、种植荻和种植杨树)下的植被特征进行了比较分析.结果表明,自然恢复模式下的物种数最为丰富,达79种,而种植荻模式下的物种数最为稀少,仅36种;自然恢复模式下湿生植物种类最为丰富,占物种总数的81.0%,而种植杨树和荻模式下所占比例分别为78.7%和...     

鄱阳湖区域极端降水异常的特征及成因

鄱阳湖区域4-7月极端降水总量存在显著的2-4年周期变化,且鄱阳湖4-7月极端降水总量的变率存在比较显著的增加趋势.1998年6月鄱阳湖地区极端降水总量异常偏多,而2001年6月异常偏少,仅为1998年的13.5%左右.通过分析大气环流场、水汽输送等方面的差异,发现1998年6月500hPa高度场上乌拉尔山高脊和鄂霍次...     

“堑秋湖”围堤改变鄱阳湖洲滩湿地土壤碳循环过程

水文节律是影响湖泊湿地土壤碳循环的重要因素."堑秋湖"是鄱阳湖传统的渔业生产方式,对鄱阳湖碟形湖水文节律具有显著影响.因此,本文研究了"堑秋湖"对鄱阳湖洲滩土壤碳循环的影响.结果表明,"堑秋湖"围堤内外洲滩土壤总有机碳含量无显著差异,但围堤内土壤轻组有机碳含量比围堤外低35.03%.围堤内土壤有机碳(SOC)矿化速率明显高于围堤外.围堤内SOC矿化的平均Q10为2.72,比围堤外低4.83%,但两者SOC矿化的水分敏感性没有显著差异.围堤内外SOC矿化速率分别与土壤可溶性有机碳和土壤轻组氮含量相关关系最为显著.综上所述,"堑秋湖"围堤已经改变了鄱阳湖洲滩的土壤碳循环过程.模拟湖泊湿地土壤碳循环时需要充分考虑当地渔业生产的影响.     

鄱阳湖国家级自然保护区湿地植被的干旱响应及影响因素

近年来鄱阳湖干旱事件频发,干旱导致的气象水文要素变化直接影响植被生长状况,尤其是对于地上植被生物量的影响极为显著.研究鄱阳湖干旱事件对于湿地植被的影响,对于保护鸟类栖息地,认识湿地生态功能和结构的变化具有重要的现实意义.利用长期卫星遥感数据,结合植被生物量野外调查,以2003和2006年极端干旱年份为出发点,从湿地植被面积、生物量密度和总生物量的角度分析了鄱阳湖湿地植被生物量对于极端干旱的响应.研究表明:湿地植被面积、生物量密度以及总生物量均呈现双峰分布特征,在4和11月分别达到上、下半年的峰值.2003年植被生物量与多年均值一致,2006年下半年植被面积、生物量密度以及总生物量均明显超出多年均值.影响湿地植被面积的主要因素为鄱阳湖水位变化;而影响植被生物量密度的主要因素为气温和水位,退水时间提前对于生物量密度影响最大;总生物量同时受到植被面积与植被生物量密度的综合影响,其中植被面积的影响更大,植被面积对于总生物量的影响在2006年表现得比2003年更加显著.总之,2006年湿地植被对水文干旱的响应要比气象干旱强烈得多.