长江中下游湖泊大型底栖动物群落结构及多样性

2007年10月至2008年4月,对长江中下游地区四种不同类型(草型、天然养殖、施肥养殖以及城市湖泊)的10个湖泊的大型底栖动物群落结构和多样性进行研究,并分析其与水体营养状态之间的关系.研究结果表明,不同类型湖泊底栖动物的密度、生物量、多样性及特征种类均存在显著差异.草型湖泊具有最高的生物量和多样性,但密度最低,其特征种类为腹足纲动物.天然养殖湖泊生物量也较高,物种多样性处于中间水平,特征种类为河蚬、寡鳃齿吻沙蚕及苏氏尾鳃蚓.施肥养殖湖泊和城市湖泊底栖动物密度较高,并呈现出最低的物种多样性,特征种类主要是耐污能力较强的颤蚓类和摇蚊科幼虫.相关性分析表明湖泊营养状态指数与底栖动物密度呈显著正相关,而与生物量呈显著负相关,说明随着营养水平的增加,底栖动物群落逐渐被小个体的耐污种类所主导.Margalef丰富度指数及Pielou均匀度指数与营养状态指数亦呈显著负相关,反映目前长江中下游湖泊随营养水平增加底栖动物群落趋于简单化的演替趋势.     

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。     

长江中下游浅水湖泊悬浮颗粒物吸收系数测定方法探讨

对两种水体悬浮颗粒物吸收系数测定方法及相关计算进行对比研究.通过长江中下游湖泊典型藻类的实验室培养,利用T方法和T-R方法分别对藻类颗粒物、藻类泥沙混合悬浊液进行吸收系数测定.通过颗粒物光谱吸收系数与叶绿素a之间的相关性关系,对比了两种方法的测量稳定性.通过对不同比例的藻类和无机悬浮颗粒物(ISS)的混合悬浊液进行分析,获得了不同浊度水体悬浮物吸收光谱的变化情况.结果表明,在纯藻或者泥沙含量较少的水体进行颗粒物吸收系数光谱测定时,T方法和T-R方法均可以采用,并且均具有较高的测定精度.然而,在泥沙含量相对较高的浑浊水体,应尽量选取T-R方法进行颗粒物吸收光谱的测定,以提高测定精度.长江中下游浅水湖泊由于底泥易受风浪影响发生再悬浮,因此在颗粒物吸收系数光谱测定中,当水体中ISS含量超过30 mg/L时,应选择T-R方法.     

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.     

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.     

2016—2020年长江中游典型湖泊水质和富营养化演变特征及其驱动因素

“十三五”时期,长江流域水环境质量改善明显,但湖泊水质和富营养化状况改善滞后.长江中游作为我国淡水湖泊集中分布区域之一,部分湖泊存在水环境质量恶化和富营养化加重问题.本文以长江中游区域国家开展监测的洪湖、斧头湖、梁子湖、大通湖、洞庭湖和鄱阳湖这6个典型湖泊为研究对象,科学评价其2016-2020年水质和富营养化时空变化特征及关键驱动因素,探讨其成因及治理对策.结果表明,“十三五”时期长江中游湖泊水质和富营养化程度存在较大差异,与2016年相比,2020年大通湖水质改善最为明显,梁子湖水质变差,总磷是影响长江中游湖泊水质类别的主要因子;洪湖富营养程度恶化最为严重,斧头湖次之,TLI(SD)对长江中游湖泊富营养化评价贡献最大.目前长江中游湖泊呈有机污染加重和叶绿素。浓度升高现象,洪湖、斧头湖和梁子湖主要与氮、磷营养盐浓度升高有关,而大通湖、洞庭湖和鄱阳湖受水文过程、流域纳污量和湖泊管理等非营养盐因素影响较大.总氮和总磷仍然是影响“十三五”时期长江中游湖泊水质和富营养化的最主要驱动力,且各湖泊总氮和总磷浓度变化均具有较强正相关性,建议开展河湖氮、磷标准衔接工作,提出河湖氮、磷标准限值或考核目...     

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.     

长江中下游浅水湖泊沉积物腐殖质组分赋存特征

应用化学方法,对长江中下游浅水湖泊表层沉积物有机质含量、腐殖质组成及结合形态进行了研究.结果表明:①长江中下游浅水湖泊11个沉积物的有机质含量变化较大.在0.98%-11.0%之问波动.污染程度重的沉积物中有机质含量均较污染程度轻的高.其有机质的分布特征与沉积物污染程度和湖泊周边的人类活动有关.②腐殖质组成中,胡敏酸(...     

综合营养状态指数(TLI)在夏季长江中下游湖库评价中的局限及改进意见

综合营养状态指数(TLI)在中国湖库富营养化评价中应用非常广泛.对于该指数的各分项指标,基于叶绿素a的评估结果是富营养化风险的直接体现,是最终指示;而基于理化指标(总氮、总磷、透明度和高锰酸盐指数)的评估结果是间接指示.如果两者TLI评估结果存在显著差异,则说明基于理化参数的TLI评估结果低估或者高估了实际富营养化水平和相关风险.本文针对长江中下游湖库的基于水质理化指标和基于叶绿素a的TLI结果是否匹配的问题开展了调查分析.结果表明,对于非通江浅水湖泊而言,基于总氮、总磷、高锰酸盐指数的TLI评估结果均低估了富营养化水平和相关风险;对于通江浅水湖泊而言,基于总氮、总磷和透明度的TLI评估结果高估了富营养化水平和相关风险,而基于高锰酸盐指数的结果低估了富营养化水平;对于深水水库,基于总氮的TLI指数评估结果高估了富营养化水平,而基于总磷、透明度和高锰酸盐指数的结果低估了富营养化水平.上述水质理化指标和叶绿素a评估结果不匹配的原因为以下两点:第一,部分物理化学指标失去了对富营养化风险(叶绿素a)的指示意义,如通江浅水湖泊的总氮、总磷、透明度和高锰酸盐指数以及深水湖泊的总氮;第二,部分富营养化理化指标和叶绿素a原有关系发生错位,比如对于深水湖泊总磷对叶绿素a的响应比TLI指数构建所采用的关系更加敏感.针对TLI理化指标评估在长江中下游湖库应用中存在的问题提出如下改进建议:1)结合长时间序列历史数据,基于分位数回归等方法构建特定湖泊的叶绿素a和理化参数的响应关系,开发“一湖一策”的评估公式;2)根据换水周期和湖泊面积水深比对进行湖泊分类,建立特定湖泊类型的叶绿素a和理化参数的响应关系,构建“一类一策”的评估公式;3)在富营养化评估结果中应分别量化富营养化状态参数(营养盐水平)和富营养化风险参数(叶绿素a)以及两者比值,但生物指标是富营养化评估的最终指示.现阶段我国富营养化评价和管理多为“全国一策”,可能很难满足经济高效的管理需求.因此,本研究所建议和综述的“一类一策”和“一湖一策”的湖泊富营养化评估方法对未来的湖泊生态管理可能具有重要意义.     

长江中下游湖泊群不同生活型水生植物分布的时空变化(1986—2020年)

不同生活型水生植物对水环境的影响和碳固持能力不同,开展大尺度范围内不同生活型水生植物的时空分布和动态变化研究,是全面掌握湖泊水生态环境变化趋势、准确核算水生生态系统碳源/碳汇的前提。以长江中下游10 km²以上(共131个)的湖泊为研究对象,基于野外调查和先验知识,通过光谱分析,研发了不同生活型水生植物遥感高精度机器学习识别算法,解析了长江中下游湖泊群不同生活型水生植物的时空变化规律。研究表明,长江中下游湖泊群不同生活型水生植物遥感监测精度为0.81,Kappa系数为0.74;1986—2020年长江中下游湖泊群水生植物面积为2541.58~4571.42 km²,占湖泊总面积的15.99%~28.77%,沉水植物是优势类型(Max_1995年=2649.21 km²,Min_2005年=921.38 km²),其次是挺水植物(Max_2005年=1779.44 km²,Min_2020年=569.05 km²)和浮叶植物(Max_2015年=685.68 km²,Min_2000年=293.04 km²);水生植物主要分布在长江干流流域湖泊群,其次是鄱阳湖流域、洞庭湖流域、太湖流域和汉江流域;变化趋势上,1986—2020年长江中下游湖泊群水生植物面积呈现先增长(1986—1995年)、后下降(1995—2010年)、再增加(2010年后)的趋势。本研究可为长江中下游湖泊群生态环境调查及水环境管理提供重要参考。     

营养状态指数在长江下游小型浅水湖泊富营养化水平评价中的局限及改进建议

基于多个环境变量、以等权或者加权平均法获得的综合营养状态指数（Carlson指数：TSIc;修正后的Carlson指数：TSImc;综合营养状态指数：TLIc;湖库营养状态指数：EIc）得分是当前评价湖泊营养水平的主要依据,其值计算时先要获得基于单个环境变量的营养状态指数分值。若基于总氮（TN）、总磷（TP）和透明度（SD）等的单个理化指标与基于叶绿素a(Chl.a)的营养状态指数得分间存在显著差异,表明依据理化指标的评估结果低估或者高估湖泊的实际营养水平。长江下游分布大量的小型浅水富营养化湖泊,但基于理化指标的评估结果是否会误判湖泊的实际富营养化水平的研究很少。本研究以长江下游的14个浅水富营养化湖泊为对象,于2019 2020年按照季度采集水样并测定水环境因子,分析基于理化指标和基于Chl.a的各营养状态指数（TSI、TSIm、TLI和EI）得分间的差异。结果表明,基于SD的TSI、TSIm、TLI和EI的年均得分均显著高于基于Chl.a的相应营养状态指数的年均值;除TSI(TP)vs.TSI(Chl.a)外,基于TP与基于Chl.a的其他营养指数的年均得分间均有显著性差异;仅TL...     

长江中游通江湖泊江湖关系研究进展

自然通江的洞庭湖和鄱阳湖与长江之间形成复杂的江湖水沙交换关系,其变化影响着区域洪水灾害防治、水资源利用、水环境保护和水生态安全维护,是长江中游水问题的核心.从长江中游大型通江湖泊江湖关系的概念与内涵、江湖关系演变过程、江湖关系变化的影响因素及效应等方面,系统梳理了长江中游通江湖泊江湖关系研究的进展.针对当前研究现状和存在的问题,提出了研究江湖关系表征指标体系是正确认识江湖关系的前提;定量区分人类活动和气候变化影响的贡献率是江湖关系研究的重点和难点;深入跟踪研究三峡等重大工程对江湖关系变化的影响是一项长期任务;评估江湖关系调整背景下江湖关系的健康状况,研究以江湖水系重大水利工程群联合调度为核心的江湖关系优化调控原理,维持江湖两利的长江中游健康河湖系统格局和相互作用关系是江湖关系研究的根本目标.     

长江中下游不同湖泊沉积物中重金属污染物的累积及其潜在生态风险评价

利用富集因子和Hakanson潜在生态风险指数法,结合年代学结果,对长江中下游湖泊太白湖、龙感湖、巢湖和西氿沉积物中重金属元素Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的富集程度进行了评价,并比较分析了上述重金属的潜在生态风险.结果表明,太白湖和龙感湖沉积物中各重金属富集程度均较低;巢湖沉积物中Co、Cr、Ni的富集程度接近中等水平,而Cu、Pb、Zn的富集已经达到中等水平;西氿沉积物中Co的富集非常低,Cr、Ni富集水平较低,Pb达到中等富集,Cu、Zn达到较高的富集水平.对4个湖泊沉积物中重金属的综合污染程度进行比较:巢湖西氿龙感湖太白湖.各湖泊沉积物中单一元素的潜在生态风险都较低,但是,根据多元素潜在生态评价指数,各湖泊沉积物中重金属存在明显不同的潜在生态风险:巢湖西氿龙感湖太白湖.总体上看,太白湖和巢湖沉积物重金属污染以及潜在生态风险自1965年以来一直在加重,而龙感湖和西氿沉积物在表层有下降的趋势.这种差异与各个湖泊流域内人类活动的方式和强度密切相关.巢湖和西氿流域内城市化、工业化发展迅速,人类活动导致大量重金属元素进入湖泊,给湖泊带来明显的污染;而龙感湖和太白湖流域人类活动主要以农业活动为主,人类活动对重金属的贡献相对较小.     

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.     

长江中下游地区湖泊硅藻-总磷转换函数

硅藻转换函数的研究为湖泊环境指标的定量重建提供了有效途径．在长江中下游45个湖泊水质和表层沉积硅藻调查的基础上,利用典型对应分析方法开展了表层硅藻与营养态指标的关系研究．15个水质指标中总磷解释了硅藻数据的最大变率,是影响硅藻种群分布的最重要最显著的环境变量．通过对不同加权平均回归方法的比较,选择了反向还原加权平均回归与校正方法建立了研究区硅藻一总磷转换函数模型．依据刀割法统计检验,该模型提供了较低的推导误差（RMSEPjack=0．157）．在删除异常样品后,该硅藻一总磷转换函数的推导能力明显增强,实测值与推导值的回归相关系数大大提高（R^2jackk=0．82）,推导误差（RMSEPjack=0．12）也较原来降低了近21％．该转换函数同世界上其它区域的硅藻-总磷模型相比具有更强的推导能力．长江中下游地区硅藻-总磷转换函数的建立,为今后开展研究区内不同营养类型湖泊营养本底的定量重建奠定了基础,可望为湖泊治理参考目标的制定提供有效的技术支撑．     

水工工程对长江下游渔业的胁迫与补偿

长江下游及河口区鱼类物种丰富,特有性高,能构成渔汛的经济品种均集中在该江段,其可捕的经济鱼类品种及渔获量为全江之首,该水域鱼类区系复杂,是长江物种多样性最为丰富的区域之一,随长江干流上水工建筑的大量建造,江湖被隔绝,洄游通道被阻断,海水的入侵、生境的破碎、水文条件的改变等导致了渔业生态功能的削弱,对下游鱼类可捕量、天然鱼类资源、物种多样性、种质资源产生了严重影响,通过对下游渔业资源特征进行了描述,结合当前重大水工建筑:水电工程、调水工程、航道工程、大桥工程及沙石开采工程,介绍了长江水工工程的规模与现状,探讨了不同工程对鱼类环境业已显现的影响,以及对渔业生态和资源的破坏作用,剖析水工工程对渔业可能造成的潜在伤害,同时就工程规划的设计理念、渔业生态的补偿措施提出了建议,指出渔业部门应尽的责任和义务,提出了保护下游渔业资源和生态环境急待开展的科学研究任务.